Строение и свойства древесины

Вокруг сердцевины ствола, имеющей толщину всего лишь в несколько миллиметров, расположена очень прочная и, как правило, темная ПО окраске ядровая древесина, которая, в свою очередь, окружена Светлой сокопроводящей заболонью. Рост дерева происходит непосредственно в камбии — концентрическом слое из постоянно делящихся растительных клеток, которые снаружи образуют лубяной слой - кору дерева, а с внутренней стороны способствуют затвердению заболонной древесины.

Весной камбий вырабатывает растительные клетки, имеющие большой объем и тонкие стенки, а летом в нем наращивается слой мелких клеток с толстыми стенками. Таким образом возникают концентрические круги древесины, называемые годичными кольцами. От сердцевины поперечного сечения древесного ствола растут во все стороны гак называемые сердцевинные лучи, достигающие камбиального слоя.

Основным веществом древесины является целлюлоза (С6Ню05), из которой состоят стенки растительных клеток. Целлюлоза образуется путем ассимиляции из углекислоты и воды под воздействием солнечного' света. В ходе прогрессирующего развития клеток в них откладывается особое вещество — лигнин, способствующий затвердеванию (одревеснению) клеток. Кроме целлюлозы, древесина содержит небольшое количество сахара, крахмала, жиров и белков, которые легко разрушаются и становятся источниками гниения древесины. Вместе с тем доказано, что содержащиеся в некоторых породах деревьев (дуб, сосна) танин и смола, напротив, препятствуют гниению древесины.

Плотность среднеевропейских древесных пород в воздушно-сухом состоянии колеблется в пределах от 0,45 (белая или европейская пихта) до 0,83 т/м3 (граб); у некоторых пород плотность превышает 1 т/м3 (дуб, эбеновое дерево). Исключительно твердыми поро-|,ами являются дуб, бук, клен, ясень и вяз. Ель, пихта, липа, ива и тополь считаются мягкими породами; ольха, лиственница и сосна занимают промежуточное положение.

Расщепляемость древесины, ее раскалываемость основаны на продольной структуре размещения растительных клеток, располагающихся вдоль продольной оси ствола.

Прочность древесины в значительной степени зависит от содержания влаги и увеличивается в процессе сушки. Свежесрубленное дерево содержит до 50% влаги и поэтому не способно воспринимать статическую нагрузку. Наиболее благоприятная в прочностном отношении величина содержания влага составляет от 10 до 15%.

Несущая способность древесины в направлении вдоль волокон во много раз выше, чем в поперечном направлении, так как мягкие весенние слои обладают малой прочностью. Как правило, прочность на растяжение у древесины выше, чем прочность на сжатие (смотреть подробную статью на нашем сайте под номером 1.1).

Коэффициент теплопроводности воздушно-сухой древесины составляет около 0,17 Вт/(м-к), хотя дерево нельзя причислить к теплоизоляционным материалам.

Вследствие жесткой клеточной структуры древесина обладает низкими звукоизолирующими свойствами. Так, деревянное балочное перекрытие в акустическом отношении хуже, чем такое же перекрытие из железобетона.

При поглощении влаги древесина набухает, а при высыхании дает усадку. Степень набухания и усадки невелика в направлении оси ствола (осевое набухание) и ею можно пренебречь. Радиальное набухание, наоборот, может достигать 7% (граб), а тангенциальное — до 10% (орех) (смотреть подробную статью на нашем сайте под номером 1.1).

Вырезанные из свежей древесины образцы деформируются при высыхании, причем эти деформации в заболони больше, чем в ядре; усадочные деформации отдельных участков поперечного сечения возрастают с увеличением расстояния конкретного участка от оси ствола.

Пороки древесины. Кривоствольность, вилообразный рост, коническая форма ствола — все это уменьшает ценность древесины как строительного материала.

Неравномерность в системе расположения годичных колец, резкая сменяемость широких и узких колец являются причинами возникновения в древесине при высыхании внутренних напряжений, которые могут привести к короблению досок или образованию продольных трещин в пиломатериале. Сказанное в полной мере относится и к древесным стволам, характеризующимся "эксцентрическим" ростом — так называемая крень, при которой сердцевина сильно смещена к одной стороне поперечного сечения ствола.

Если в процессе роста дерево подвергалось экстремальным нагрузкам, например, постоянным ветровым воздействиям (повлекшим за собой невертикальность ствола), то в нем ядро древесины, обладающее повышенной твердостью, будет располагаться эксцентрично относительно всего поперечного сечения ствола; "креневая" древесина отличается очень большой твердостью и ломкостью, в такой материал практически невозможно забить гвоздь.

Волокна древесины редко располагаются строго вдоль оси ствола, обычно они- более или менее закручиваются относительно друг друга. Сильная косослойность делает древесину непригодной для использования в строительстве; прочность такой древесины невелика, она легко растрескивается при острожке, доски и брусья из нее подвержены короблению.

"Смоляными кармашками" называют плоские полости, расположенные внутри годовых колец и заполненные смолой. В деловом лесоматериале их, как правило, быть не должно либо их количество и размеры на погонный метр пиломатериала должно быть ограничено (в зависимости от сорта пиломатериала). Это требование связано с опасностью вытекания смолы на поверхность древесины, причем даже слой краски не является для смолы преградой.

Наличие сучков в пиломатериалах, конечно, нежелательно, особенно если они встречаются на продольном распиле (продольно срезанные сучки); в связи с этим размеры сучков и их количество на погонный метр пиломатериалов также ограничиваются в зависимости от сортности.

Усадочные трещины, возникшие при сушке древесины, часто оказываются косвенной причиной появления грибов, разрушающих древесину, так как грибные споры легко "укореняются" в таких трещинах.

Сердцевинные трещины расходятся по радиальным направлениям от сердцевины, но в большинстве случаев не достигают поверхности ствола. В строительной древесине такие радиальные трещины — явление весьма частое; сердцевинные трещины в зависимости от количества и размеров способны снижать прочность древесины.

Концентрические трещины, разделяющие слои древесины, так называемые отлупы, могут сделать лесоматериал непригодным для использования в строительстве. Резкая смена узких и широких годовых колец указывает на вероятность образования таких трещин.

Иногда в древесине, прежде всего лиственных пород, возникают радиальные морозные трещины ("морозобоины"), которые зарубцовываются, но могут и развиваться с характерной неравномерностью. Такая древесина отличается пониженной прочностью.