Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Древесина обладает весьма разнообразными свойствами. Наиболее полно они раскрываются при изучении физических и механических свойств древесины.

Физические свойства древесины. На свойства древесины большое влияние оказывает влажность. Воду, находящуюся в древесине, делят на три вида: капиллярную (или свободную), гигроскопическую и химически связанную. Капиллярная вода заполняет в древесине полости клеток, межклеточные пространства и сосуды. Гигроскопическая вода находится в стенках клеток. Химически связанная вода входит в химический состав веществ, образующих древесину. Основную массу воды в растущем дереве составляют капиллярная и гигроскопическая вода или только гигроскопическая вода. Состояние древесины, в которой отсутствует капиллярная вода и содержится только гигроскопическая, называется точкой насыщения волокон. В древесине разных пород она составляет 23...35%. При высыхании древесины влага постепенно испаряется с поверхности наружных слоев, а влага, оставшаяся в древесине, передвигается от внутренних слоев к наружным.

По степени влажности различают древесину: мокрую, свежесрубленную (влажность 35% и выше), воздушно-сухую (влажность 15...20%) и комнатно-сухую (влажность 8... 12%).

Гигроскопичностью древесины называют свойство ее поглощать из воздуха парообразную воду. Степень поглощения зависит от температуры воздуха и его относительной влажности.

Равновесной называют влажность, которую имеет древесина при продолжительном нахождении на воздухе с постоянной относительной влажностью и температурой. Равновесная влажность комнатно-сухой древесины составляет 8... 12%, поэтому до такой влажности высушивают паркетную клепку и древесину, используемую в помещениях. Влажная древесина отдает влагу окружающему воздуху, а сухая поглощает ее. Поскольку влажность воздуха не постоянна, влажность древесины также меняется - изменение влажности древесины от нуля до точки насыщения волокон вызывает изменение объема древесины. Последнее приводит к разбуханию и усушке, короблению древесины и появлению трещин. Для уменьшения гигроскопичности и водопоглощения древесину покрывают лакокрасочными материалами или пропитывают различными веществами.

Плотность древесины зависит от объема пор и влажности и характеризует ее физико-механические свойства (прочность, теплопроводность, водопоглощение). Показатель плотности используют при определении коэффициента качества, который находят отношением предела прочности при сжатии к плотности. У сосны он равен 0,6, а дуба - 0,57. Пористость древесины хвойных пород колеблется от 46 до 85%, лиственных - от 32 до 80%.

Усушкой древесины называют уменьшение ее линейных размеров и объема при высыхании. Испарение капиллярной воды не сопровождается усушкой. Последняя происходит только при испарении гигроскопической влаги. При этом уменьшается толщина водных оболочек, мицеллы сближаются друг с другом и уменьшаются размеры древесины. Ввиду неоднородности строения древесина усыхает или разбухает в различных направлениях не одинаково. Линейная усушка вдоль волокон составляет 0,1...0,3%, в радиальном направлении - 3...6%, а в тангентальном - 7...12%.

Свойство неравномерного изменения линейных размеров в различных направлениях является одним из отрицательных свойств дерева как строительного материала. Медленное высыхание древесины обеспечивает более равномерную усушку и дает меньше трещин. Неравномерная усушка древесины в различных направлениях вызывает различные напряжения, в связи с чем древесина коробится и покрывается трещинами. В круглом бревне трещины располагаются радиально. Доски, вырезанные ближе к сердцевине ствола, коробятся меньше, чем доски, выпиленные ближе к поверхности бревна.

Набуханием называют способность древесины увеличивать свои размеры и объем при поглощении воды, пропитывающей оболочки клеток. Древесина разбухает при поглощении влаги до точки насыщения волокон. Набухание, как и усушка, не одинаково в разных направлениях. Набухание древесины вдоль волокон составляет 0,1...0,8%, в радиальном направлении - 3...5% и в тангентальном - 6... 12%.

Теплопроводность древесины невелика, она зависит от характера пористости, влажности, направления волокон, породы и плотности дерева, а также от температуры. Теплопроводность древесины вдоль волокон примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон. В среднем она составляет 0,16...0,30 Вт/(м-°С). С увеличением плотности и влажности уменьшается количество воздуха, находящегося в пустотах, в связи с чем теплопроводность древесины увеличивается.

Электропроводность древесины зависит от ее влажности. Электрическое сопротивление сухой древесины в среднем составляет 75-107 Ом/см, а сырой - в 10 раз меньше. Древесину используют при электропроводке в качестве досок, розеток и т. д.

Водопроницаемость древесины зависит от породы дерева, первоначальной влажности, характера разреза (торцового, радиального, тангентального), местоположения древесины в стволе (ядро, заболонь), ширины годичных слоев, возраста древесины. Водопроницаемость вдоль волокон больше, чем через радиальную и тангентальную поверхности. Характеризуется водопроницаемость древесины количеством воды, профильтровавшейся через поверхность образца (г/см 2).

Стойкость древесины к действию кислот, щелочей и воды. Длительное действие кислот и щелочей разрушает древесину, и чем выше концентрация, тем сильнее их разрушающее действие. Слабощелочные растворы не разрушают древесину. В кислой среде древесина начинает разрушаться при рН

Механические свойства древесины как анизотропного материала не одинаковы в различных направлениях. Механические свойства древесины зависят от многих факторов: с увеличением влажности прочность древесины снижается; древесина большой плотности имеет более высокую прочность; на прочность древесины влияют процент поздней древесины, наличие пороков, гнили, старение.

Прочность древесины при сжатии. Усилия к конструктивному элементу могут быть приложены с учетом строения древесины вдоль или поперек волокон, поэтому различают сжатие вдоль и поперек волокон. Для испытания на сжатие вдоль волокон берут образцы древесины без сучков в виде прямоугольной призмы размером 20X20X30 мм при размере древесины не менее 30 мм вдоль волокон и испытывают на прессе.

Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон с влажностью 12% в зависимости от породы дерева меняется в широких пределах - от 30 до 80 МПа. Предел прочности древесины при сжатии поперек волокон значительно меньше, чем при сжатии вдоль волокон, и составляет: в радиальном направлении для пихты - 4,1 МПа, граба - 25,6 МПа, а в тангентальном для ели - 7,1 МПа, граба - 15,6 МПа.

Прочность древесины на растяжение. Древесина имеет высокий показатель прочности на растяжение вдоль волокон. Для наших основных пород эта величина меняется от 80 до 190 МПа.

Прочность древесины на статический изгиб высока, благодаря чему ее широко применяют для элементов зданий и сооружений, работающих на изгиб (балки, бруски, стропила, фермы и т. д.).

Предел прочности древесины на изгиб должен быть приведен к влажности 12%. У лиственных пород прочность при изгибе в радиальном и тангентальном направлениях практически одинакова, а у хвойных прочность в тангентальном направлении немного больше, чем в радиальном. Прочность на статический изгиб зависит от тех же факторов, что и прочность при сжатии.

Прочность древесины на скалывание вдоль волокон невысокая - 6,5...14,5 МПа. Сопротивление перерезыванию древесины поперек волокон в 3...4 раза выше сопротивления скалыванию вдоль волокон, но чистый срез обычно не имеет места, так как одновременно происходит смятие и изгиб волокон. В строительных конструкциях древесина часто работает на скалывание вдоль волокон, например в стропильных фермах и других элементах конструкций. Вместе с тем следует иметь в виду, что в настоящее время на передовых предприятиях наблюдается тенденция к переходу на стандартную влажность древесины, равную 12%.

Свойства древесины . Традиционными породами для строительства бани у нас считается сосна, ель, лиственница, сибирский кедр, осина, липа, береза. Каждое дерево имеет свои недостатки и свои преимущества.

Ассортимент рынка древесины и строительных материалов сегодня необычайно разнообразен. Чтобы разобраться в нем и выбрать именно то, что вам нужно, предлагаем вашему вниманию краткое описание свойств самых разных пород деревьев.

При этом будут указаны их особенности, слабые и сильные стороны, порядок предпочтительности (то есть какое из них считается наиболее подходящим для строительства бань) и так далее.

Все породы объединены в три группы:

1. Со смолистым запахом.
2. С приятным запахом.
3. Со слабым запахом или без запаха.

Ель обыкновенная. Традиционное дерево для бани, с почти белым цветом сердцевины, с не очень сильным, но приятным смолистым запахом. Довольно устойчиво к расщеплению и гниению. Недостатки: наличие смоляных карманов. Часто ель продают вместе с пихтой, отличить их легко, поскольку пихта имеет неприятный запах.

Сосна смолистая . Довольно крепкая древесина с очень сильным смолистым запахом. Стойкость к расщеплению и гниению. Недостатки: иногда чересчур сильно насыщена смолой.

Сосна обыкновенная. Порода с красивой розоватой или светло-коричневой древесиной. Также считается традиционным деревом для бани. Устойчиво к гниению (но не к грибковым поражениям), довольно стойко и к раскалыванию, расщеплению. Обладает сильным приятным запахом. Недостатки: большое количество смоляных карманов, повышенное содержание смолы.

Сосна скрученная. Древесина обладает повышенной устойчивостью к расщеплению и гниению. Цвет сердцевины - от светлого до красно-коричневого. Запах смолы сильный. Волокна древесины прямые. Недостатки: наличие смоляных карманов.В современных банях используются не только отечественные, но и импортные материалы. Поэтому не мешает добавить, что растущая в Канаде сосна желтая хотя и относится к очень крепким породам деревьев, но очень нестойка к расщеплению, к тому же содержит слишком много смолы. При использовании сосны лучистой можно брать только молодые деревья, они легкие, обладают сравнительно малой плотностью (а значит, и низкой теплоемкостью). Одно из достоинств этой древесины - умеренный смолистый запах, к недостаткам можно отнести наличие смоляных карманов и то, что дерево не очень прочное. Некоторые породы со смолистым запахом могут разъедаться железом (например, лжетсуга тисолистая). Если при этом дерево склонно к расщеплению и раскалыванию, использовать его, особенно для внутренней отделки, не стоит.

Все виды сосны относятся к мягким породам, обладают отчетливой красивой текстурой, то есть рисунком, образуемым слоями древесины. Кроме того, сосна относится к так называемым ядровым породам. Что это означает? То, что древесина внутри ствола отмирает и имеет более темный цвет, чем расположенный вокруг ядра древесный слой (заболонь). Сердцевина в таком дереве - самая прочная его часть. Правда, у некоторых пород ее очень трудно отличить по цвету (ель, осина, липа, пихта).

И еще один важный момент: сосновая древесина очень плохо протравливается и окрашивается (из-за наличия смоляных ходов). После специальной обработки (обессмоливания) легко режется, поддается протравливанию. Обрабатывать сосну нужно, так как она легко поддается поражению грибками, теряет цвет, синеет.

Кедр сибирский . Красивая древесная порода с красновато-розовым ядром и желтовато-розовой заболонью. Текстура дерева отчетливая, однородная (считается одной из лучших), запах приятный, немного пряный. Древесина кедра мягкая, легкая, хорошо обрабатывается, очень устойчива к гниению.

Пихта. Чаще всего в продаже можно встретить пихту великую, однако под этим названием продается несколько схожих по свойствам пород. Пихта относится к породам с очень красивой текстурой. Ее древесина не содержит смоляных ходов. Кроме того, пихта - самая мягкая из хвойных пород. Цвет сердцевины у нее почти белый, переходящий в слегка красновато-коричневый. Пихта не относится к очень прочным породам. Некоторые ее виды обладают неприятным запахом. Избавиться от него можно путем выдерживания древесины.

Липа. Тяжелое дерево с прекрасной ровной текстурой, прямыми волокнами. Цвет древесины меняется от кремо-во-белого до кремово-коричневого. Устойчива к расщеплению. Годичные кольца на срезе липы почти незаметны. Древесина ее мягкая, мало усыхает, легка в обработке. Обладает липа и таким ценным свойством, как вязкость. Из липы хорошо не только строить баню, но и вырезать различную банную утварь - ковши, черпаки и т.д. Обладает очень слабым, но приятным запахом.

Тополь. Имеет хорошую волокнистую текстуру без смоляных карманов. Очень устойчив к расщеплению (можно использовать для полков, лежанок и пр.). Древесина тополя легкая, однородная. Свежая - довольно мягкая, после высыхания становится твердой. При сушке не коробится, не трескается. Имеется много разновидностейтополя.Унас распространены черныйтополь (осокорь), белый (серебристый) и пирамидальный (итальянский), а также канадский. Все они обладают сходными свойствами.

Осина. Широко распространенная порода. В последнее время все чаще применяется для внутренней отделки бань и саун. Древесина легкая, мягкая, легко пропитывается, обрабатывается. Цвет белый, с легким зеленоватым отливом. Устойчива к расщеплению. Рисунок текстуры малозаметен. Одно из преимуществ осины - низкая теплоемкость. Среди недостатков нужно отметить малую устойчивость к грибковым заболеваниям. Поэтому древесина осины нуждается в специальной обработке. Осина практически не гниет в воде (недаром из нее делают колодезные срубы, легкие лодки). Даже в современных элитных банях наряду с экзотическим африканским деревом абах все чаще используют осину. Кроме того, из нее получаются прекрасные прочные ковши и бадьи.

Ольха . Наиболее распространены ольха белая, ольха черная и ольха сибирская. Произрастает на большей части Европейской России, в Западной Сибири. Древесина белая, но это относится только к свежесрубленной ольхе. На воздухе быстро краснеет, приобретая темный или светло-красный оттенок, иногда красно-бурый. Годичные кольца почти незаметны. Ольха относится к мягким, легким породам, легко режется, окрашивается, полируется, протравливается. Очень долго не гниет в воде.

Береза. Древесина березы отличается средней прочностью, упругостью, она не относится к числу очень легких пород. Цвет белый, однородный, с легким желтоватым оттенком (иногда с красноватым). Очень легко поддается обработке, окрашиванию, обладает высокими акустическими свойствами. Это хорошо для изготовления музыкальных инструментов, но не очень годится для бани, где больше ценятся звукоизоляционные свойства. В строительстве бань и саун применяется довольно редко. В числе достоинств березы - ее сильные бактерицидные свойства.

Лиственница . Имеет очень прочную, долговечную древесину. Дает небольшую усадку. Сердцевина обычно желто-красного или красного цвета, с грубым рисунком, заболонь желтовато-белая. Очень устойчива к гниению. Пробыв в воде достаточно большой срок, становится твердой как камень. Обладает нерезким, очень приятным запахом (выдержанная древесина иногда вообще не имеет запаха). Один из недостатков - обрабатывается с большим трудом, так как относится к твердым породам.

Как-то так повелось, что в сознании современного русского человека понятие о качестве и долговечности связано, прежде всего, с камнем или мрамором. Все почему-то забывают о том, что испокон веков на Руси самым лучшим материалом для строительства домов было дерево. Да, с одной стороны, в нашей стране это направление довольно плохо развивается, но, с другой стороны, у нас есть первоклассные мастера, которые полностью отдают себя деревянному зодчеству, качественно выполняя свою работу.

Своим опытом внедрения традиционных технологий деревянного домостроения в современное строительство с нами поделится один из самых успешных архитекторов, лауреат многих премий в области деревянного зодчества, руководитель мастерской «Обло» (г. Москва) Николай Белоусов.

Почему вы решили заняться деревянным домостроением?

Я по жизни очень ленив и неконфликтен. Я не люблю кому-то что-то объяснять, мне больше нравится придумывать и воплощать свои идеи в жизнь так, как мне это хочется. 11 лет назад я решил: все, что я нарисую, я буду делать сам, своими руками. Я купил в 130 километрах от Костромы машинно-тракторную станцию и организовал свою мастерскую. Тут же нашлись замечательные мастера, появилась молодежь. На сегодняшний день у меня работают пять заточенных больших комплексных бригад. 4 из них выросли из пацанов, которые просто пришли после армии и ничего не умели делать. Бензопилами у нас только начерно все убирается, а потом в ход идут тесла, топоры, все делается вручную.

А еще мы научились морозить лес. Зимой специальный трактор формирует штабеля, которые засыпаются снегом. Затем все это заливается водой из пруда с помощью бензомотопомпы. В конце все посыпается слоем опилок и закрывается специальными баннерами. В августе мы снимаем опилки и гусеничным трактором разрываем смороженные бревна. Представляете, в дикую августовскую жару мы играем в снежки на заводе, раскрывая очередной штабель. Мы морозим по 50-70 кубов леса.

А кроме дерева вы работаете еще с какими-либо материалами?

Я работаю только с круглым деревом или с лафетом рубленым вручную. Эта технология и это материаловедение позволяет мне, как архитектору, реализовывать самые неожиданные, и, казалось бы, полярные вопросы формообразования. Чтобы работать с деревом, надо его понимать и чувствовать, необходимо знать, как к нему подойти. За 11 лет я не стал больше знать дерево, я стал его лучше понимать, но вопросов появилось больше. Это парадоксальный и живой материал.

На сегодняшний день существуют критерии классификации жилых домов, которые выработала специальная строительная комиссия Евросоюза. Этих критериев больше 400, они связаны, в том числе и с самочувствием человека в том или ином доме. Было проведено социологическое и статистическое исследование, по результатам которого выяснилось, что дерево по всем показателям имеет единицу, то есть люди комфортнее всего себя чувствуют именно в деревянном доме. Кирпичный дом имеет показатель 0,7, бетонный – 0,08, а дом, сделанный из сэндвич-панелей, имеет тысячные доли.

Почему ручная рубка, а не клееный брус?

Я живу в мире своих комплексов и идей. Я считаю, что когда мы берем бревно, распускаем его на доски, потом их сушим, обрабатываем, строгаем, клеим, еще раз обрабатываем и получаем тот самый профилированный брус, мы затрачиваем неадекватное количество средств, сил и клея для того, чтобы получить финальное изделие, которое всего лишь не треснет. А ведь цельное бревно хранит в себе ту фантастическую пластику поверхности материала, которая записана природой. Когда у вас все стены и конструкция дома сделаны из цельного дерева, вы можете считать по нему историю каждого бревна. Выпуклости, сучки, волнистость – в этом и есть живопись и архитектура, самый главный козырь этого материала.

А как вы относитесь к вырубке деревьев? Влияет ли это, по-вашему, на экоустойчивость?

Если мы срубаем дерево диаметром 50-60 сантиметров (а я работаю в основном со спелой толстой древесиной), то через одну человеческую жизнь на этом же месте вырастет точно такое же дерево. Если взять, например, глину, которой мы пользуемся в меньших количествах, то она практически не возобновляется, потому что должны пройти миллионы лет, чтобы глина сформировалась на том же месте.

У вас есть заказчики, которые приходят к вам со своими эскизами или вы занимаетесь только авторскими эксклюзивными проектами?

Я люблю только те дома, которые сам спроектировал. Они все авторские, все мои. Ко мне все приходят, прежде всего, за архитектурой. Поэтому я нахожусь в состоянии небожителя, однако я вынужден нести этот груз. В год у меня по 5-6 заказчиков.

Я привожу докторов наук из лесотехнической академии, которые рекомендуют мне всевозможные пропитки, чтобы дерево не синело, гели для торцов. Специально из Москвы все это возится КАМАЗами. Я не могу не оправдать надежд людей, которые поверили в мечту, нарисованную мной, а потом получили синий сруб. А для дерева существует масса технологических отрицательных факторов.

Как вы своим домам обеспечиваете пожарную безопасность?

Мне повезло, у меня есть замечательный печник, с которым мы много лет работаем. Он когда-то менял на советских атомных станциях графитовые стержни – старые вынимал, новые вставлял. Он был бригадиром и ездил по всей стране. Для этого человека микрон – очень большое расстояние. По моим эскизам он рисует камины, банные печки, делает проходы через все перекрытия, контролирует «отопленцев», которые ставят сэндвич-трубы котельных, делает изоляцию всех вентиляционных труб – путей распространения пожаров. Мне вот так свезло, у меня есть такой Александр Иванович, который выполняет эту работу.

В вашем замечательном городе половина исторического центра – деревянные дома. Их сносят и заменяют кирпичными зданиями, потому что не умеют реставрировать. Во всем мире, например, в Финляндии, в Австрии, во Франции, так же как и в Нижнем Новгороде, и в Костроме стоят деревянные дома, плотно прижатые друг к другу. Если их правильно эксплуатировать и вовремя гасить очаги возникновения огня, то ничего не будет. Наоборот, в деревянном доме человек себя чувствует намного комфортнее, чем в любом каменном. При этом кирпичный дом сейчас тоже очень сложно построить, потому что по существующим нормам энергоэффективности, он должен быть из очень толстых стен.

Какой ваш самый любимый проект?

Мой самый любимый деревянный дом, который я сделал за 11 лет, – одноэтажный маленький домик площадью 14,4 квадратных метра. Там есть все атрибуты жилого дома: душ, туалет, место для сна и для работы. В нем есть даже маленький камин и балкончик. Этот дом был признан самым маленьким жилым домом в России. Это мой самый любимый и сложный проект. Занимаясь его проектированием, я чувствовал себя немцем. Кстати, в этом доме живет и работает цивилизованный и творческий человек.

Расскажите о своем знаменитом проекте «Крыша мира», который стал лауреатом премии «Золотое Сечение» за вклад в развитие деревянного зодчества. Почему у него такое необычное название?

Идея этой конструкции в том, что мы перекрыли одной плоскостью сруб, позволив его нарисовать так, как нам надо. Сруб всегда тяготеет к прямоугольнику, а здесь мы получили новые качества формообразования. Данный подход позволил нам сделать большой вентилируемый чердак, про который бы все забыли. Функция этой постройки – баня. Она, как предмет архитектуры, получила множество наград.

«Крышей мира» она называется потому, что она действительно парит и возносится. Находясь внутри этого объекта, ты не ощущаешь над собой кровли, чувствуешь себя ближе к солнцу. Вся стилистика дома так продумана и нарисована, что ты все время находишься в состоянии парения (в смысле отрыва от реальности).

Вообще баню, мы любим и ценим за те мгновения, которые нам приходится там переживать. Сначала нас жутко парят в этой страшной жаре, бьют вениками, потом обливают ледяной водой, в чем нет особо ничего приятного. Но вот то послевкусие, которое мы потом переживаем, по-моему, самое ценное.

В настоящее время в России в городской архитектуре используется кирпич в качестве основного материала для строительства зданий. Можно ли вписать дерево в современное городское пространство?

Можно, если только на то изменятся государственные стандарты, потому что на сегодняшний день по отечественным противопожарным требованиям в городской среде дерево применять нельзя. Даже в качестве отделки.

Например, в Австрии существует закон, по которому ясли, детские сады, школы, профессионально-технические заведения, здания для инвалидов и пенсионеров, здания досуговых центров и муниципальных образований по закону могут быть сделаны только из дерева. Установлено, что в деревянных школах лучше успеваемость, меньше агрессии.

Можно ли говорить, что деревянный дом – прерогатива людей состоятельных?

При правильном использовании этого материала хороший деревянный дом вполне конкурентоспособен любому другому дому.

Как ухаживать за деревянным домом, чтобы он простоял века?

Есть деревянные памятники архитектуры, дошедшие до нас, которым более 450 лет. При этом их никогда ничем не обрабатывали. В Норвегии найдена елка, которой 800 лет, есть живые оливы, которым больше 2-х тысяч лет. В Галиче есть самый старый лес Европы, в котором обычные ели стоят больше 400 лет. Просто этого большинство людей не знает, поэтому не верят, что дерево – долговечный материал.

Какие задачи ставят перед собой творцы деревянного домостроения?

Я стремлюсь привнести новую архитектуру. Наша задача как изготовителей – относиться к технологии деревянного домостроения трепетно и серьезно. Вообще изучение древесины – очень увлекательный процесс. Если человек хочет построить себе деревянный дом, я советую ему прочесть несколько статей про историю деревянного домостроения, из них можно извлечь много пользы.

ЧТО ТАКОЕ ДРЕВЕСИНА?

Древесина – один из древнейших и важнейших видов естественных материалов, используемых человечеством. Источник этого материала – лес.

Что же за материал – древесина?

Состоит она из целлюлозы, лигнина, золообразующих минеральных и органических экстрактивных веществ. Соотношение этих четырех веществ, а также различия в строении древесины приводят к тому, что древесина легкая и тяжелая, гибкая и жесткая, твердая и мягкая. Существующие в природе различные породы отличаются соотношением этих компонентов и клеточной структурой.

Многовековой опыт человечества и специальные исследования выработали и различное отношение к отдельным породам. Например, древесину дуба издревле использовали в судо - и мостостроении, бондарном производстве, производстве мебели, древесину осины – в производстве спичек, сосны – для столярных изделий (окна, двери), ели – в музыкальных инструментах, бука – в стульях и т.д.

Древесина имеет разнообразные размеры, фактуру, цвет, оттенки, что позволяет удовлетворять почти любые требования, предъявляемые к ней при изготовлении изделий. В отличие, например, от камня, являющегося еще более древним материалом, древесина позволяет создавать самые выразительные формы изделий.

Древесина имеет высокую удельную плотность (отношение предела прочности к массе), а сухая древесина имеет хорошие изоляционные свойства в отношении тепла, звука, электричества. Она может поглощать и рассеивать звуковые волны, что и делает ее незаменимой в производстве музыкальных инструментов. Древесина механически легко обрабатывается, ей могут быть приданы разнообразные формы. Отдельные детали из древесины легко соединяются между собой с помощью гвоздей, шурупов, нагелей, клея. Важное свойство древесины – хорошая пропитываемость , в том числе веществами, препятствующими гниению (антисептики), возгоранию (антипирены).

Деревья бывают лиственные и хвойные. Соответственнои древесина – хвойных или лиственных пород. Последние подразделяются на мягкие (липа, ольха, осина и др.) и твердые (дуб, граб, бук, ясень и т.д.). Береза занимает между ними промежуточное положение.

Дерево состоит из корней, кроны и ствола.

Ствол имеет форму, близкую к конусу, строение его – слоисто-волокнистое. Лучше всего оно видно на разрезах – поперечном, радиальном и тангенциальном. Поперечный разрез, как можно понять из самого названия, перпендикулярен оси ствола, тангенциальный проходит по касательной к годичному слою, а радиальный – по радиусу окружности торца ствола, через его центр.

На поперечном разрезе дерева хорошо видно его строение- снаружи кора, внутри древесина, в центре ствола – сердцевина.

Диаметр ств ола уменьшается от корня к вершине. Величина этого уменьшения, отнесенная к единице длины ствола, называется сбегом.

Древесину, как можно заметить на любой доске, пронизывают сучки, являющиеся продолжением ветвей в стволе. Между корой и древесиной имеется невидимый глазу слой камбия. Сама же кора имеет два слоя: наружный, называемый коркой, и внутренний – луб. Корка состоит из мертвых клеток и выполняет очень важные функции защиты дерева от резких колебаний температуры, не дает влаге, содержащейся в дереве, интенсивно испаряться, препятствует проникновению в дерево бактерий и грибов, предохраняет его от механических повреждений.

Внутренний слой -луб состоит из живых клеток. Цвет коры достаточно разнообразен (например, белый у березы, зелено-синий у осины, темно-серый у дуба и т.д.) и определяет цвет ствола дерева (знаменитая белая береза).

Между корой и древесиной имеется невидимый невооруженному глазу слой клеток – камбий. Рост древесины и коры происходит за счет деления и роста именно этих клеток. Естественно, что клетки древесины откладываются изнутри камбиального слоя, а коры – вне этого слоя. По мере увеличения диаметра ствола кора растягивается, на ней появляются трещины, часть из них зарастает, образуя выступы. Поскольку для каждой породы эти явления протекают по-разному, по структуре поверхности коры можно определять породу древесины.

Прирост древесины за один вегетационный период называется годичным слоем. Часть его, образовавшаяся весной, называется ранней древесиной, а в конце лета и начале осени – поздней. Годичные слои обычно отчетливо видны, а по их количеству легко определить возраст дерева: сколько колец, столько лет дереву.

Ранняя древесина годичного слоя значительно отличается от поздней, она мягче, легче, усыхает меньше в поперечном и больше в продольном направлении. Это предопределяет одно из фундаментальных свойств др евесины: из-за разного усыхания ранней и поздней древесины в ней возникают напряжения, приводящие к ее короблению, в отдельных случаях – разрушению (растрескиванию).

Рассматривая поперечный срез ствола, легко увидеть две зоны – наружную (заболонь) и внутреннюю (ядро). Обычно заболонь менее плотная, чем ядро, содержит намного больше влаги. Ядро у многих пород древесины темнее заболони, заметно плотнее. Оно более устойчиво к загниванию.

Важное свойство древесины – ее волокнистая структура. У лиственных пород волокна короче, длина их примерно равна 1мм. У хвойной древесины волокна длиннее – 3 – 8мм. Вот почему лучшие сорта целлюлозы, бумаги, древесноволокнистых плит делают из древесины хвойных пород.

В стволах деревьев находятся горизонтально расположенные, идущие от сердцевины к коре группы клеток, называемые сердцевинными лучами. Их назначение – проводить соки поперек ствола. Вдоль ствола соки у лиственных пород проводят сосуды, а у хвойных – волокна. Сердцевидные лучи очень хорошо видны у дуба, они украшают структуру его древесины.

ДРЕВЕСИНА, вторичная ксилема многолетних растений; в растущих деревьях и кустарниках составляет основную массу стволов, ветвей, корней и выполняет в них проводящие, запасающие и механические функции. Различают древесины хвойных (сосна, ель и др.) и лиственных (дуб, берёза и др.) пород.

Строение. Древесину изучают на трёх разрезах ствола: поперечном и двух продольных - радиальном и тангенциальном (рис. 1). В древесине различают заболонь (периферическую светлую зону) и ядро (центральную зону), имеющее более тёмную окраску у так называемой ядровой древесины или мало отличающееся по цвету от заболони у безъядровой древесины. Среди безъядровых пород (ель, пихта, бук и др.) выделяют спелодревесные, у которых центральная зона древесины в свежесрубленном состоянии менее влажная, чем периферическая, и заболонные (берёза, клён) - с равномерной влажностью по сечению ствола. Годичные слои (ежегодные приросты древесины) на поперечном разрезе имеют вид концентрических окружностей, на радиальном и тангенциальном - соответственно прямых и изогнутых полос; у многих пород в каждом слое заметны менее плотная светлая (так называемые ранняя) и более плотная тёмная (поздняя) древесина. У кольцесосудистых лиственных пород (например, дуб, ясень) крупные сосуды расположены только в ранней древесине, а у рассеянно-сосудистых (берёза, осина) крупные и мелкие сосуды равномерно распределены по годичному слою. У некоторых лиственных пород на поперечном разрезе видны светлые радиальные полоски (лучи), на радиальном - блестящие тёмные или светлые поперечные полоски, а на тангенциальном - веретеновидные узкие полоски. У некоторых хвойных пород (сосна, кедр и др.) в поздней зоне годичных слоёв на поперечном разрезе заметны светлые пятнышки - смоляные ходы.

Наблюдаемая с помощью оптического и электронного микроскопов структура древесины срубленного дерева включает растительные клетки с отмершим протопластом (так называемая мезоструктура). Клеточные стенки (микроструктура) состоят в основном из целлюлозных микрофибрилл (наноструктура). В тонкой первичной и толстой трёхслойной вторичной оболочке клеточной стенки микрофибриллы имеют различную ориентацию; в наиболее мощном внутреннем слое вторичной оболочки микрофибриллы расположены под небольшим углом наклона (5-15°) к длинной оси клетки. Такая преимущественная ориентация микрофибрилл - одна из основных причин анизотропии древесины. Со стороны полости клетки стенку покрывает тонкий бородавчатый слой. В стенках клеток имеются простые или окаймлённые поры. В промежутках между микрофибриллами находится лигнин, вызывающий одревеснение клеточных стенок, а также гемицеллюлозы и вода.

Древесина хвойных пород в основном состоит из удлинённых прозенхимных клеток - трахеид (рис. 2). Расположенные в ранней зоне годичного слоя крупнополостные трахеиды выполняют главным образом проводящую функцию, поздние толстостенные трахеиды - механическую, а паренхимные клетки, образующие лучи и участвующие в структуре вертикальных смоляных ходов, - запасающую. Горизонтальные ходы в некоторых лучах пересекаются с вертикальными, составляя единую смолоносную систему. В древесине лиственных пород (рис. 3) проводящую функцию выполняют сосуды, сосудистые и волокнистые трахеиды; механическую - волокна либриформа и/или волокнистые трахеиды; запасающую - паренхимные клетки в виде горизонтальных однорядных и многорядных лучей, а также вертикальной осевой паренхимы.

Состав и свойства. Химический состав древесины всех пород практически одинаков (49-50% углерода, 43-44% кислорода, 6% водорода и 0,1-0,3% азота). В древесине эти элементы образуют органические вещества: целлюлозу (31-50%), лигнин (20-30%) и гемицеллюлозы (19-35%), включающие пентозаны (5-29%) и гексозаны (6-13%). Хвойные породы содержат несколько больше целлюлозы, лиственные - значительно больше пентозанов. В состав древесины входят также экстрактивные вещества (таннины, смолы, камеди, эфирные масла и др.). Минеральные вещества при сжигании древесины образуют золу (0,1-1%). Массовая теплота сгорания древесины не зависит от породы и составляет 19,6-21,4 МДж/кг; объёмная теплота сгорания (МДж/м 3) зависит от плотности древесины.

Физические свойства. Внешний вид древесины характеризуется цветом, блеском и текстурой, которые служат для идентификации древесных пород, а также определяют ценность древесины как декоративного материала. Многообразие цвета древесины разных пород зависит от состава и содержания экстрактивных веществ. Цвет изменяется при воздействии на древесины воздуха, света, температуры, химических агентов, а также в результате пропаривания, длительной выдержки в воде, при грибных поражениях. Блеск древесины определяется в основном наличием лучей на продольных разрезах. Текстура древесины (рисунок, образующийся в результате перерезания анатомических элементов) зависит не только от породы дерева, но и от направления разреза ствола. Особенно эффектна текстура у некоторых лиственных пород из-за перерезанных сосудов (например, дуб, ясень), лучей (бук, клён) и пороков строения (карельская берёза).

Влажность древесины (W) определяется как отношение содержащейся в ней массы воды к массе абсолютно сухой древесины. Связанная вода содержится в клеточных стенках, свободная - в полостях клеток и межклеточных пространствах. Влажность ядра свежесрубленных хвойных деревьев составляет 35-37%, заболони - в 2-3 раза больше; у лиственных пород это различие незначительно. По высоте ствола влажность распределена неравномерно; она также подвержена сезонным и суточным колебаниям. Свойства древесины резко меняются при влажности ниже предела насыщения клеточных стенок W п.н., равного в среднем 30% (определяется при увлажнении в воде). Древесина обладает способностью поглощать влагу из воздуха (в виде связанной воды), при этом максимальная влажность древесины достигает предела гигроскопичности, равного W п.н при комнатной температуре. При вымачивании древесина поглощает воду как в свободном, так и связанном виде, при этом наибольшая влажность составляет 100-270%. По степени влажности древесину разделяют: на мокрую, длительное время находившуюся в воде (влажность более 100%); свежесрубленную, сохранившую влажность растущего дерева (50-100%); древесину атмосферной сушки, или воздушносухую, выдержанную на открытом воздухе (15-20%); камерной сушки, или комнатносухую, высушенную в камере или выдержанную в отапливаемом помещении (8-12%); абсолютно сухую, высушенную при температуре около 103 °С (0%). При выдерживании на воздухе при постоянных температуре и относительной влажности древесина приобретает соответствующую и одинаковую для всех пород равновесную влажность; при кондиционировании (температура воздуха 20 °С и влажность 65%) влажность древесины называется нормализованной и составляет 12%. Уменьшение содержания связанной воды приводит к усушке древесины При полном удалении связанной воды сокращаются линейные размеры древесины (на 8-10% в тангенциальном направлении, 3-7% в радиальном, 0,1-0,3% вдоль волокон) и объём (на 11-17%). Увеличение содержания связанной воды (при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде) вызывает разбухание древесины. Из-за различий усушки и разбухания по разным направлениям происходит коробление древесины. Неравномерное удаление связанной воды из древесины вследствие стеснённой усушки и неоднородных остаточных деформаций вызывает напряжения, приводящие к растрескиванию материала в процессе сушки или изменению заданной формы деталей при механической обработке высушенной древесины. Растрескивание древесины (например, крупных брусьев и брёвен) происходит также из-за напряжений, обусловленных различием тангенциальной и радиальной усушек.

Плотность материала клеточных стенок (древесинного вещества) не зависит от породы и составляет 1530 кг/м 3 . Плотность древесины в сухом состоянии из-за наличия в ней пустот зависит от породы и изменяется в пределах от 100 кг/м 3 (бальзовое дерево) до 1300 кг/м 3 (бакаут). Плотность древесины для наиболее распространённых отечественных пород при нормализованной влажности составляет 400-700 кг/м 3 . С увеличением влажности (выше W п.н) плотность древесины возрастает. Древесина обладает способностью пропускать под давлением жидкости и газы (водо- и газопроницаемость). Проницаемость древесины лиственных пород выше, чем хвойных, у заболони больше, чем у ядра, вдоль волокон больше, чем поперёк волокон.

Удельная теплоёмкость абсолютно сухой древесины одинакова у всех пород - 1,55 кДж/(кг °С); возрастает с повышением влажности и температуры. Теплопроводность древесины также возрастает с увеличением плотности, влажности и температуры; вдоль волокон она в два раза выше, чем поперёк волокон. Тепловое расширение древесины мало. Сухая древесина имеет очень высокое электрическое сопротивление (является диэлектриком), которое резко снижается (в миллионы раз) с повышением влажности до W п.н, а при дальнейшем увлажнении - лишь в сотни или десятки раз. Древесина обладает невысокой электрической прочностью; для повышения сопротивления пробою её пропитывают минеральными маслами. Диэлектрическая проницаемость сухой древесины составляет 2-5 и увеличивается с повышением влажности и температуры. Под действием механических нагрузок в сухой древесине возникают электрические заряды. Пьезоэлектрические свойства древесины обусловлены наличием ориентированного компонента - целлюлозы; в сухой древесине они наиболее заметны, с увеличением влажности уменьшаются и при влажности 6-8% практически исчезают. В древесине скорость распространения звука вдоль волокон составляет 5000 м/с, поперёк волокон - в 3-4 раза меньше и уменьшается с увеличением влажности и температуры древесины. Удельное акустическое сопротивление древесины, равное произведению её плотности на скорость звука, около 3·10 6 Па·с/м. Декремент затухания звука в древесине зависит от частоты колебаний, влажности, температуры и составляет (2-4)·10 -2 Нп. Древесина обладает относительно низким звукопоглощением и высокой резонансной способностью, что обусловило широкое применение древесины (особенно ели, пихты) для изготовления дек музыкальных инструментов.

Воздействие на древесину электромагнитных колебаний зависит от их частоты: ИК-излучение прогревает поверхностные слои в древесине (применяется для сушки шпона и других тонких сортиментов); видимый свет обладает большой проникающей способностью (для дефектоскопии древесины); световое лазерное излучение прожигает древесину (в качестве своеобразного «режущего» инструмента для фигурного раскроя изделий из древесины, гравёрных работ и др.); УФ-излучение вызывает люминесценцию древесины (для контроля качества обработки древесины). Рентгеновские и ядерные излучения, проходя через древесину, ослабляются в зависимости от толщины, плотности и влажности сортимента; их также применяют для дефектоскопии древесины.

Механические свойства. Древесина характеризуется прочностью и деформативностью (способностью изменять размеры и форму). Прочность образцов древесины определяют при испытаниях на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и (реже) на кручение. Показатели механических свойств древесины вдоль волокон значительно выше, чем поперёк волокон. У наиболее распространённых отечественных пород пределы прочности древесины (для образцов без пороков, с влажностью 12%) составляют: при сжатии вдоль волокон 40-73 МПа; при растяжении вдоль волокон 66-171 МПа, поперёк волокон в радиальном направлении 4-13,3 МПа, в тангенциальном - 2,8-9,2 МПа; при изгибе 68-148 МПа. Повышение влажности древесины до W п.н снижает пределы прочности при сжатии вдоль волокон в 2-2,5 раза; увеличение размеров образцов и наличие пороков древесины также уменьшает её прочность. При кратковременных и сравнительно небольших нагрузках древесина деформируется как упругий материал; модуль упругости древесины вдоль волокон составляет 12-18 ГПа, поперёк волокон в 15-30 раз меньше. Реологические свойства древесины (характеризующие её повышенную способность деформироваться под нагрузкой во времени) возрастают с увеличением содержания в ней связанной воды и температуры. При снижении влажности и температуры нагруженной древесины значительная часть упругих деформаций перерождается в «замороженные» деформации, которые проявляются в процессах сушки, прессования, гнутья древесины. Замороженные деформации обусловливают «память» древесины на температурно-влажностные воздействия. Прочность древесины при длительном воздействии нагрузки может снизиться в 2 раза. Многократное изменение нагрузки приводит к снижению прочности - усталости древесины; циклические изменение влажности нагруженной древесины вызывает гигроусталость, т. е. снижение прочности и повышенную деформацию. При проектировании деревянных конструкций используют расчётные сопротивления, которые в несколько раз меньше пределов прочности, что позволяет учесть влияние длительности нагрузки, влажности, температуры, пороков и других факторов. Ударная вязкость древесины характеризует её способность поглощать работу при ударе без разрушения; у лиственных пород этот показатель в 2 раза выше, чем у хвойных. Твёрдость древесины зависит от её плотности, причём торцовая твёрдость больше боковой.

Пороки . Недостатки, изменяющие внешний вид древесины, целостность тканей, правильность строения и др., снижают качество древесины и ограничивают возможности её практического использования. Возникают как в растущем дереве, так и в срубленной древесине во время её хранения и переработки. К ним относятся: сучки; трещины (метиковые, морозные, отлупные), возникающие в растущем дереве и при сушке; пороки формы ствола - сбежистость (аномальное уменьшение диаметра по длине ствола), закомелистость (резкое увеличение диаметра в нижней части ствола), а также кривизна, наросты; пороки строения - наклон волокон, свилеватость (извилистое и беспорядочное расположение волокон), завиток (местное искривление годичных слоёв), крень (реактивная древесина у хвойных пород), ложное ядро и внутренняя заболонь у лиственных пород, пасынок (крупный сучок); раны - сухобокость (наружное омертвление ствола) и прорость (зарастающая рана, содержащая кору и омертвелую древесину), засмолок и кармашек (отложения смолы), водослой (переувлажнённые участки ядра или спелой древесины) и др. К порокам древесины также относятся: изменения естественной окраски древесины (например, продубина и желтизна); грибные поражения в виде синевы, плесени, гнили; биологические повреждения насекомыми и птицами (например, червоточины от личинок); механические повреждения стволов и дефекты обработки лесоматериалов, инородные включения (камни, металлические осколки и др.), обугленность, покоробленность. Некоторые пороки древесины могут рассматриваться как её достоинства, например наросты с красивой текстурой.

Применение . Древесина как конструкционный материал получила широкое распространение в строительстве, судостроении, на железнодорожном транспорте и др.; применяется в виде лесоматериалов, пиломатериалов, древесных материалов. Древесина используется в производстве бумаги, картона, древесноволокнистых плит. Как химическое сырьё древесину используют для получения различных органических соединений, например целлюлозы, этанола, кормовых дрожжей, ксилита, сорбита, древесного угля, смолы, метанола, уксусной кислоты, ацетона и других растворителей, горючих и негорючих газов (при пиролизе древесины). Древесина сохраняет своё значение и как топливо.

Древесиноведение - научная дисциплина, изучающая строение и свойства древесины и коры методами биологии, химии, физики и других наук. Для определения качества древесины проводят испытания, в том числе неразрушающие, основанные на использовании ИК-, светового, УФ-, рентгеновского и ядерных излучений, звуковых и ультразвуковых колебаний. Разрабатываются новые методы исследований древесины, а также способы улучшения её свойств (модифицирование древесины прессованием, введением синтетических полимеров и других веществ; пропитывание антисептиками и антипиренами для защиты от гниения и огня).

Лит.: Ванин С. И. Древесиноведение. М.; Л., 1949; Перелыгин Л. М. Древесиноведение. 4-е изд. М., 1971; Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. М., 2001.