Древесина – природный конструкционный материал. Древесина - природный конструкционный материал. Пиломатериалы и древесные материалы. Графическое изображение деталей из древесины Фанера и ДВП Конструкционные материалы из древесины

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Древесина как конструкционный материал

Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей, которые занимаю почти половину территории России - примерно 12,3 млн. км 2 . Основная часть лесов России, около3/4, расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в северных областях европейской части страны. Преобладающими породами являются хвойные: 37% лесов занимает лиственница, 19% - сосна, 20% - ель и пихта, 8% - кедр. Лиственные породы занимают около ј площади наших лесов. Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей площади лесов.

Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м 3 . Ежегодно заготавливается около 280 млн. м3. деловой древесины, т.е. пригодной для изготовления конструкций и изделий. Однако, это количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.

Заготовленный лес в виде отрезков стволов стандартной длины доставляется автомобильным, железнодорожным и водным транспортом или путем сплава по рекам и озерам на деревообрабатывающие предприятия. Там из него изготавливают пилёные материалы, фанеру, древесные плиты, конструкции и строительные детали. При лесозаготовке и обработке древесины образуется большое количество отходов, эффективное использование которых имеет большое народно-хозяйственное значение. Изготовление из отходов древесины изоляционных древесноволокнистых и древесностружечных плит, широко применяемых в строительстве, позволяет экономить большое количество деловой древесины.

Хвойную древесину используют для изготовления основных элементов деревянных конструкций и строительных деталей. Прямые высокие стволы хвойных деревьев с небольшим количеством сучков позволяют получать прямолинейные пиломатериалы с ограниченным количеством пороков. Хвойная древесина содержит смолы, благодаря чему она лучше сопротивляется увлажнению и загниванию, чем лиственная.

Лиственная древесина большинства пород является менее прямолинейной, имеет больше сучков и более подвержена загниванию, чем хвойная. Она почти не применяется для изготовления основных элементов деревянных строительных конструкций.

Дубовая древесина выделяется среди лиственных пород повышенной прочностью и стойкостью к загниванию. Однако, ввиду дефицитности и высокой стоимости она используется только для небольших соединительных деталей.

Березовая древесина так же относится к твердым лиственным породам. Ее используют, главным образом, для изготовления строительной фанеры. Нуждается в защите от загнивания.

Достоинства и недостатки древесины как строительного материала.

Древесина, как и другие строительные материалы, имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства:

Наличие широкой, постоянно возобновляемой сырьевой базы;

Относительно малая плотность;

Высокая удельная прочность - отношение предела прочности при растяжении вдоль волокон к плотности: 100/500 = 0,2 (примерно равная стали);

Стойкость к солевой агрессии, к воздействию других химически агрессивных сред;

Биологическая совместимость с человеком и животными - в зданиях из древесины наилучший микроклимат;

Высокие эстетические и акустические свойства - лучшие концертные залы страны облицованы древесиной;

Малый коэффициент теплопроводности поперек волокон - стена из бруса шириной 200 мм эквивалентна по теплопроводности кирпичной стене шириной 640 мм;

Малый коэффициент линейного расширения вдоль волокон - в деревянных зданиях нет необходимости устраивать температурные швы и подвижные опоры;

Меньшая трудоемкость механической обработки, возможность создания гнутоклееных конструкций.

Недостатки:

Анизотропия строения древесины;

Подверженность загниванию и поражению жуками-древоточцами;

Сгораемость в условиях пожара;

Изменение физико-механических характеристик под воздействием различных факторов (влаги, температуры);

Усушка, разбухание, коробление и растрескивание под влиянием атмосферных воздействий;

Наличие пороков (сучки, косослой и других), существенно снижающих качество изделий и конструкций;

Ограниченность сортамента лесоматериалов.

Строение древесины

В результате растительного происхождения древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волокна, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток (трахеидов, длиной порядка 3 мм) органических веществ (целлюлозы и легнина).

Древесные волокна располагаются концентрическими слоями вокруг оси ствола, которые называются годичными слоями, т.к. каждый слой нарастает в течение года. Они хорошо заметны в виде ряда колец на поперечных разрезах ствола, особенно хвойных деревьев. По их количеству можно определить возраст дерева.

Каждый годичный слой состоит из двух частей. Внутренний слой (более широкий и светлый) состоит из мягкой ранней древесины, образующейся весной, когда дерево растет быстро. Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости. Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости. Прочность и плотность древесины зависит от относительного содержания в ней поздней древесины.

Средняя часть стволов древесины хвойных пород имеет более темный цвет, содержит больше смолы и называется ядро. Затем идет заболонь и, наконец, кора.

Кроме того в древесине имеются горизонтальные сердцевинные лучи, мягкая сердцевина, смоляные ходы, сучки.

Лесоматериалы, получаемые строительством, делят на круглые и пилёные.

Круглые лесоматериалы, называемые также бревнами, представляют собой части древесных стволов с гладко опиленными концами - торцами. Они имеют стандартную длину 3 - 6,5 м. с градацией через каждые 0,5 м. Бревна имеют естественную усечено-коническую форму. Уменьшение их толщины по длине называется сбегом. В среднем сбег составляет 0,8 см на 1 м длины (для лиственницы 1 см на 1 м длины) бревна. Средние бревна имеют толщину от 14 до 24 см крупные - до 26 см. Бревна толщиной 13 см (подтоварник) и менее используют для временных построечных сооружений. Круглые лесоматериалы в зависимости от качества подразделяются на 1,2 и 3 сорта.

Пиломатериалы получают в результате продольной распиловки бревен на лесопильных рамах или круглопильных станках. Пиломатериалы подразделяются по характеру обработки: на обрезные (опиленные с 4 сторон по всей длине); обзольные (часть поверхности не опилена по всей длине из-за сбега бревна); необрезные (не опилены две кромки).

Пиломатериалы прямоугольного сечения делятся на доски, бруски и брусья. Более широкие стороны пиломатериалов называют пластами, а узкие - кромками. Пиломатериалы имеют стандартную длину 1- 6,5м с градацией через каждые 0,25м. Ширина пиломатериалов колеблется от 75 до 275 мм, толщина - от 16 до 250 мм. По качеству древесины и обработки доски и бруски разделяют на пять сортов (отборный, 1, 2, 3, 4-й), а брусья на четыре (1, 2, 3, 4-й).

Плотность. Древесина относится к классу легких конструкционных материалов. Ее плотность зависит от относительного объема пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 12%. Свежерубленая древесина имеет плотность 850 кг/м 3 . Расчетная плотность древесины хвойных пород в составе конструкций в помещениях со стандартной влажностью воздуха 12% принимают равной 500 кг/м 3 ., в помещении с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе - 600 кг/м 3 .

Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль и под углами к волокнам. Коэффициент линейного расширения б вдоль волокон составляет (3 ч 5) · 10-6, что позволяет строить деревянные здания без температурных швов. Поперек волокон древесины этот коэффициент меньше в 7 - 10 раз.

Теплоемкость древесины значительна, коэффициент теплоемкости сухой древесины составляет С = 1,6КДЖ/кг єС.

Еще одним ценным свойством древесины является ее стойкость ко многим химическим и биологическим агрессивным среда. Она является химически более стойким материалом, чем металл и железобетон. При обычной температуре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину. Большинство органических кислот при обычной температуре не ослабляют древесину, поэтому она часто используется для конструкций в условиях химически агрессивных сред.

Механические свойства древесины характеризуются: прочностью - способностью сопротивляться разрушению от механических воздействий; жесткостью - способностью сопротивляться изменению размеров и формы; твердостью - способностью сопротивляться проникновению другого твердого тела; ударной вязкостью - способностью поглощать работу при ударе.

Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее прочность зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам. При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность.

Средний предел прочности древесины сосны без пороков вдоль волокон составляет:

При растяжении - 100 МПа.

При изгибе - 80 МПа.

При сжатии - 44 МПа.

При растяжении, сжатии и скалывании поперек волокон эта величина не превосходит 6,5 МПа. Наличие пороков значительно (~ на30%) снижает прочность древесины при сжатии и изгибе, а особенно (~ на 70%) при растяжении. Основными недопустимыми пороками древесины являются: гниль, червоточины и трещины в зонах скалывания в соединениях.

Наиболее распространенными и неизбежными пороками древесины являются сучки - заросшие остатки бывших ветвей дерева. Сучки являются допустимыми с ограничениями пороками.

Длительность действия нагрузки существенно влияет на прочность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее прочность характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет только 0,5 предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Вибрационные нагрузки, вызывающие переменные по знаку напряжения, снижают ее прочность.

Жесткость древесины (ее степень деформативности под действием нагрузки) существенно зависит от направления действия нагрузок по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Жесткость определяется модулем упругости Е.

Для хвойных пород вдоль волокон Е = 15000 МПа.

В СНиП II-25-80 модуль упругости для любой породы древесины Ео = 10000 МПа. Е90 = 400 МПа.

При повышенной влажности, температуре, а также при совместном действии постоянных и временных нагрузок значение Е снижается коэффициентами условия работы mв, mт, mд < 1.

Влияние влажности. Изменение влажности в пределах от 0% до 30% приводит к снижению прочности древесины на 30% от максимальной. Дальнейшее изменение влажности не приводит к снижению прочности древесины.

Поперечное изменение влажности (усушка и разбухание) приводят к короблению древесины. Наибольшая усушка происходит поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям. Деформации усушки развиваются неравномерно от поверхности к центру. При усушке появляется не только коробление, но и усушечные трещины.

Для сравнивания показателей прочности и жесткости древесины установлено значение стандартной влажности 12%

В12=ВW,

где б - поправочный коэффициент, при сжатии и изгибе б = 0,04.

Влияние температуры. При повышении температуры предел прочности и модуль упругости снижаются, а хрупкость древесины повышается. Предел прочности древесины Gt при температуре t в пределах от 10 до 30 о С можно определять исходя из ее начальной прочности - G20 при температуре 20 о С с учетом поправочного коэффициента в = 3,5 МПа.

Gt = G20 - в(t-20).

Древесина для несущих элементов деревянных конструкций должна удовлетворять требованиям I, II и III сортов.

Древесина I сорта используется в наиболее ответственных напряженных растянутых элементах. Это отдельные растянутые стержни и доски растянутых зон клееных балок высотой сечения более 50 см

Косослой? 7%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ? 1/4b.

Древесина II сорта используется в сжатых и изгибаемых элементах. Это отдельные сжатые стержни, доски крайних зон клееных балок высотой менее 50 см.; доски крайней сжатой зоны и растянутой зоны, расположенной выше досок 1-го сорта в клееных балках высотой более 50 см., доски крайних зон рабочих клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изогнутых стержней.

Косослой?10%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ? 1/3b.

Древесина III сорта используется в менее напряженных средних клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а также в мало ответственных элементах настилов и обрешеток.

Косослой?12%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ? 1/2b.

Строительная фанера - это листовой древесный материал заводского изготовления. Она состоит, как правило, из нечетного количества тонких слоев - шпонов. Волокна соседних шпонов располагаются во взаимно перпендикулярных направлениях.

СНиП II-25-80 по проектированию деревянных конструкций рекомендует следующие виды водостойкой фанеры в качестве строительной:

1. Фанера марки ФСФ, склеенная фенолоформальдегидными клеями. Эта фанера выпускается:

Из древесины березы (5-ти и 7-ми слойная, толщиной 5 - 8 мм и более).

Из древесины личтвенницы (7-слойная, толщиной 8 мм и более).

Листы клееной фанеры толщиной более 15 мм называют фанерными плитами. Прочность клееной фанеры на срез в плоскости перпендикулярной листу примерно в 3 раза превышает прочность древесины при скалывании вдоль волокон, что является ее важным преимуществом.

Модуль упругости березовой фанеры вдоль волокон составляет 90%, а поперек - 60% от модуля упругости древесины вдоль волокон. Модули упругости фанеры из лиственницы составляют соответственно 70% и 50% от Ео древеспины.

Банелизированная фанера (ФБС) отличается от фанеры марки ФСФ тем, что ее наружные слои пропитывают водостойкими спирторастворимыми смолами. Она имеет толщину 7-18 м. Ее прочность вдоль волокон в 2,5 раза, а поперек в 2 раза превышает прочность хвойной древесины вдоль волокон. Применяется в особо неблагоприятных влажностных условиях.

Гниение - это разрушение древесины простейшими растительными организмами - дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах. Домовые грибы - (мерилиус, пория и др.) разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации. древесина строительный фанера гниение

Грибы развиваются из клеток - спор, которые легко переносятся движением воздуха. Приростая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба - источник новых спор.

Защита от гниения:

1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t > 80 о С, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.

2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).

2.1. Защита древесины от атмосферной влаги - гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли.

2.2. Защита от конденсационной влаги - пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).

2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) - устройство гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.

3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно. Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами - антисептиками.

Водорастворимые антисептики (фтористый, кремнефтористый натрий) - это вещества не имеющие ни цвета ни запаха, безвредные для людей. Используются в закрытых помещениях.

Маслянистые антисептики - это минеральные масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, древесный креозот и др.). Они не растворяются в воде, но вредны для человека, поэтому используются для конструкций на открытом воздухе, в земле, над водой.

Пропитка выполняется в автоклавах под высоким давлением (до 14 МПа).

Защита от жуков точильщиков - нагрев до t>80 o C или окуривание ядовитыми газами типа гексахлорана.

Характеризуется пределом огнестойкости (порядка 40 мин. для бруса 17 х 17 см, нагруженного до напряжения 10 МПа.).

1. Конструктивная. Ликвидация условий, благоприятных для возгораний.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфтора и т.д.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Сведения о древесине: достоинства, недостатки, качество, область применения. Физические и механические свойства древесины, методы повышения ее долговечности. Свойства модифицированной древесины; полимеры-модификаторы. Строительные изделия из древесины.

реферат , добавлен 01.05.2017


Разновидности и особенности древесных пород. Характеристика строения древесного ствола. Описание наиболее распространенных пороков древесины. Загнивание и возгорание древесины, способы защиты. Область применения полуфабрикатов и конструкций из древесины.

реферат , добавлен 07.06.2011


Характеристика здания, его шатровая функция над хоккейным кортом. Особенности расчетов панели, подбор сечений, геометрическая схема фермы. Сущность ответственности при эксплуатации деревянных конструкций, методы предотвращения гниения древесины.

дипломная работа , добавлен 09.11.2010


Достоинства и недостатки древесины в качестве строительного материала. Макроскопические признаки древесины основных хвойных пород. Технология строительства бревенчатых домов. Правила техники безопасности при работе на деревообрабатывающих станках.

аттестационная работа , добавлен 16.06.2009


Обзор истории использования деревянных конструкций в строительстве. Изучение особенностей и конструкции ребристых, кружально-сетчатых и тонкостенных куполов. Узлы и элементы деревянного купола. Современные средства защиты древесины от гниения, возгорания.

реферат , добавлен 13.01.2015


Физические и механические свойства древесины. Испытание механических свойств древесины на изгиб и на сжатие. Направление сил в деревянной конструкции, находящейся под нагрузкой. Расчет изгибаемого элемента прямоугольного сечения. Проверка на устойчивость.

контрольная работа , добавлен 10.10.2013


Механические свойства древесины: прочность, деформативность. Работа на растяжение деревянных конструкций. Значение величины дефекта, его расположения на их разрушение в виде разрыва. Растягивающие напряжения вдоль волокон. Центральное растяжение элемента.

презентация , добавлен 18.06.2015


Значение древесины в обыденной жизни и технике. Механические, физические, химические свойства древесины. Прочность, твёрдость и износостойкость. Абсолютная и относительная влажность древесины. Разбухание древесины, усушка, гигроскопичность, коробление.

презентация , добавлен 03.05.2015


Главная особенность дерева. Виды древесных пород, разновидности пихты. Строение древесного ствола. Пороки древесины: сучки, пятнистость. Загнивание и возгорание древесины, способы защиты. Особенность деревянных построек. Деревянная архитектура Томска.

контрольная работа , добавлен 19.01.2012


Сущность железобетона, его особенности как строительного материала. Физико-механические свойства материалов железобетонных конструкций и арматуры. Достоинства и недостатки железобетона. Технология изготовления сборных конструкций, области их применения.

Древесина как природный

конструкционный материал

Разработал: Юсупов Райхан Махмутович

Учитель технологии,

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №60»

г. Набережные Челны Республика Татарстан

«Древесина как природный конструкционный материал».

Раздел: Технология обработки древесины

Продолжительность занятия : 45 мин

Класс : пятый

Учитель: Юсупов Райхан Махмутович

Образовательное учреждение : Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №60» г. Набережные Челны Республика Татарстан

Тип урока: комбинированный.

Методы обучения: беседа, демонстрация наглядных посо­бий.

Оборудование: компьютер, экран, раздаточный материал.

Структура презентации:
№ слайда
	Тема урока
	Цели урока
	Применение древесины
	Кроссворд «Столярный верстак»
	Что получают из древесины?
	Строение дерева
	Что такое древесина?
	Что такое древесина?
	Строение древесины
	Виды древесных пород
	Рефлексия
	Гимнастика для глаз
	Разнообразие деревьев
	Текстура древесины
	Запах древесины
	Практическая работа
	Проверь себя
	Домашнее задание
	Установка на следующий урок.

Целесообразность использования медиапродукта на занятии:

Повышение эффективности усвоения учебного материала за счет одновременного изложения учителем необходимых сведений и показа демонстрационных фрагментов.

Интенсификация учебно-воспитательного процесса (увеличение количества предлагаемой информации, уменьшение времени подачи материала)

Задачи урока:

1. Образовательные

ознакомить учащихся со значением древесины как конструкционного материала в народном хозяйстве страны;

ознакомить учащихся с ее породами и строением;

научить определять по внешнему виду образцов древесины породы.

2. Развивающие

развивать практические навыки умения работать в группе;

развивать умение анализировать, делать выводы.

3. Воспитательные

воспи­тывать у учащихся чувство ответственного хозяина;

прививать на­выки рационального использования материалов;

способствовать развитию логического мышления и памяти;

бережное отношение к природе.

Ход урока:

Слайд тема урока:

«Древесина как природный конструкционный материал».

1 . Организационная часть:

Приветствие учителя

Контроль посещаемости

Проверка готовности учащихся к уроку

2. Постановка цели урока и мотивация, актуализация знаний учебной деятельности.

Слайд «Цели урока»

Древесина! А что это такое? (дети отвечают своими словами на поставленный вопрос).

Древесина - один из самых распространенных материалов, который человек научился обрабатывать еще в глубокой древно­сти. С помощью топора, ножа и других инструментов люди изго­товляли дома, мосты, ветряные мельницы, крепостные сооружения, орудия труда, посуду и многое другое. И в наши дни древесина широко применяется в строительстве, для изготовления инструментов, посуды, мебели и др. Своеобразная красота обработки поверхности деревянного изделия всегда привлекает взгляд.

Профессия рабочего, занятого ручной обработкой древесины называется столяр. Произошло это название от основного вида деятельности - изготовления столов. На предприятиях работают столяры, сборщики деталей и изделий из древесины, которые должны владеть приемами обработки древесины.

Изучая технологию обработки древесины, вы познакомитесь, с различными древесными материалами, их свойствами, узнаете о том, как изготовляются из древесины различные предметы, получите знания о способах обработки, об инструментах и станках, которые при этом применяются, о приемах работы инструментами и управления станками и т. д.

В школьных мастерских для каждого из вас выделено постоянное рабочее место. Рабочее место для обработки древесины оборудовано столярным верстаком . На прошлом уроке мы с вами изучили устройство столярного верстака. Ребята, давайте вспомним, из каких частей состоит столярный верстак. Смотрим на экран и отгадываем кроссворд.

Ребята, а теперь покажите эти части на нашем рабочем верстаке.

3. Изучение нового материала

Дерево и древесина.

Слайд «строение дерева»

Какими бы разнообразными ни были деревья, все они имеют одинаковое строение. Каждое дерево состоит из трех частей: (вопрос учащимся, из каких частей состоит дерево?) кор­ней, ствола и кроны.

Все части дерева используются в промышлен­ности: из ветвей получают щепу, лаки, смолу, шелк, кинопленку; из корней добывают скипидар и канифоль; стволы используют для изготовления пиломатериалов, столбов, шпал, различных деревян­ных конструкций и др.

Плотный материал, из которого в основном состоят корни, ствол и ветви, называется древесиной. Больше всего древесины в стволах. Ее заготавли­вают из спиленных и очищенных от ветвей и сучьев стволов де­ревьев.

Слайд «строение древесины»

Древесина состоит из элементарных клеток, разных по раз­мерам и форме и прочно связанных между собой. Клетки могут быть заполнены смолами, камедями, водой; они образуют сосуды, сердцевинные лучи и собственно древесную массу.

Рассмотрим поперечный разрез ствола.

Снаружи ствол покрывает кора, состоящая из внешнего пробкового слоя и внутреннего лубяного на границе коры и древесины. Сразу же под корой расположен наружный заболонный слой дре­весины, часто отличающийся от остальной массы более светлым цветом. Почти всегда он имеет высокую влажность и состоит из молодых клеток.

Центральная часть ствола составляет основную массу древесины. Она более темная и называется ядром. Около геометриче­ского центра ствола расположена сердцевина диаметром не более I см, ее отличает ослабленная рыхлая древесина. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий простираются сердцевинные лучи, которые имеют различную окраску и служат для проведе­ния воды, воздуха и питательных веществ внутрь дерева. Древеси­на ствола состоит из множества слоев, которые на разрезе видны как годичные кольца. (Что по ним можно узнать?) По их числу определяют возраст дерева.

Камбий - тонкий слой живых клеток, расположенный меж­ду корой и древесиной. Только с камбия происходит образование новых клеток и ежегодный прирост дерева по толщине.

Слайд « текстура »

Породы древесины различают по характерным призна­кам (как можно определить хвойная или лиственная эта порода?) запаху, цвету, текстуре, твердости. Текстура - рисунок по­верхности древесины, образованный в результате перерезания го­дичных колец и волокон. Термин «текстура» происходит от латин­ского слова и в переводе означает «ткань, строение». Текстура за­висит от направления разреза ствола по отношению к слоям и во­локнам и от породы древесины.

Слайд «породы»

Древесные породы делят на два вида (вопрос к учащимся: на какие виды подразделяются деревья?) хвойные и лиственные. У хвой­ных пород листья игольчатой формы. Почти все хвойные являются вечно­зелеными, исключение составляет лиственница, сбрасывающая осенью иголки. У лиственных пород листья широкие, осенью они опадают. Но и здесь есть исключения: в субтропиках и тропиках почти все деревья сохраняют листву круглый год.

Хво й ные породы играют ведущую роль в деревообработке.

Именно они обладали ценными качествами в строительном деле: прямой ствол, отсутствие дупла, смолянистость. Смолянистость обеспечивает сопротивляемость гниению.

Сосна занимает около 15% всех лесов России, ель – 12%. Самая распространенная хвойная порода российских лесов – лиственница. Она занимает 40% всей площади наших лесов.

Слайд « Сосна »

Сосна. Древесина сосны прямослойная, прочная, умеренно легкая, смолистая. Цвет ядра светло-коричневый с красноватым оттенком. На воздухе древесина сосны тускнеет, становится серой разных оттенков. Сосна хорошо поддается искусственной и естественной сушке, мало усыхает, не деформируется в готовых изделиях. К ее достоинствам можно также отнести легкость обработки, склеивания и облицовки. Ударные нагрузки древесина сосны переносит удовлетворительно.

Слайд « Ель »

Ель. По объемам производства и переработки древесина ели занимает второе место после сосны. Но качество древесины более низкое по таким показателям, как прочность изделий, наличие сучков. В остальном ель является полноценным заменителем сосны. К достоинствам еловой древесины относятся: отсутствие запаха, наличие в основном мелких сучков, меньшая склонность древеси­ны к синению, одинаковый Цвет заболонной и спелой древесины - близкий к белому.

Лиственные породы . Хозяйственное значение лист­венных пород снижают два фактора: меньшие запасы по сравнению с хвойными и склонность древесины к загниванию в атмо­сферных условиях. С другой стороны, разнообразие иных свойств, в том числе богатство текстуры, прочностные характеристики мно­гих лиственных пород делают их незаменимыми.

Слайд « Дуб »

Дуб. Древесина твердая, малосучковатая, отличается высокой прочностью, стойкостью к гниению, относительной прямослойно­стью. У дуба красивая текстура на всех разрезах. Широко применяется в мебельном производстве (часто в виде строгано го шпона). Хорошо поддается окраске, отделке лаками и мастиками. Детали и целые изделия часто изготовляют из дуба в фанерно-строгальном и паркетном производствах, в производстве клепки, машино­строении, строительстве. Цвет древесины светло-коричневый раз­ных оттенков. Материал тяжелый, но, тем не менее, хорошо обраба­тывается, гнется и полируется.

Слайд « Береза »

Береза. Древесина березы имеет белый цвет с красноватым оттенком, годовые слои малозаметны. Отличается плотностью и высокой прочностью, особенно при ударных нагрузках. Масса и твердость - средние. Малостойка к гниению при переменной влаж­ности. Хорошо обрабатывается, строгается, гнется и полируется. Обладает значительным сопротивлением к раскалыванию. Исполь­зуется древесина березы для производства лущеного шпона, фане­ры. Высокая плотность древесины определяет березу как ценный материал в поделочных и токарных работах, при изготовлении ме­бели. Хорошо имитирует ценные породы, легко окрашивается и полируется. Сушат березу при мягких режимах, так как часто в ре­зультате сушки пиломатериалы коробятся на участках с включени­ем ложного ядра. Перед сушкой пиломатериалы из березы реко­мендуется выдержать до воздушно-сухого состояния. Используется береза широко: ее можно увидеть в строительных конструкциях, мебели, из нее делают тару, паркет.

Слайд « Осина »

Осина. Древесина мягкая, легкая, по прочности уступает бе­резе. Также неустойчива к гниению. Древесина белая с зеленоватым оттенком, годовые слои малозаметны. Хорошо склеивается, сушится, мало коробится, легко обрабатывается. Основное применение осина нашла в производстве спичек.

Слайд « Липа »

Липа. Древесина легкая и мягкая, однородного строения, бе­лая с розоватым или красноватым оттенком. Очень хорошо режет­ся, гнется и сушится - мало растрескивается и почти не коробится. Из липы изготовляют чертежные доски, щитовую мебель, различ­ные поделки, модели в литейном деле, детали облицовки.

4. Рефлексия, гимнастика для глаз.

5. Практическая работа

Изучение образцов различных пород. Определение образцов по их характерным признакам.

Проверка проделанной работы.

6. Заключение

В заключение урока давайте проведем итоговый тест и проверим, насколько хорошо вы усвоили новый материал.

Вопросы итогового теста.

1. На какие группы можно разделить все породы деревьев?

а) листопадные и вечнозеленые

б) лиственные и хвойные

в) высокие и низкие

(Верный ответ б)

2. Какое из этих деревьев относится к хвойному?

а) лиственница

б) ольха

в) липа

(Верный ответ а)

3. Древесина этого дерева белая, на воздухе меняется до красного:

а) дуб

б) сосна

в) ольха

(Верный ответ в )

4. В каком из вариантов ответа перечислены только хвойные породы?

а) сосна, ель, каштан, можжевельник

б) дуб, осина, береза, тополь

в) кедр, ель, сосна, лиственница

(Верный ответ в )

5. В каком из справочников можно найти информацию по строению древесины и породам деревьев?

а) справочник молодого слесаря

б) справочник молодого животновода

в) справочник молодого столяра

(Верный ответ в )

6. В каком из предложенных вариантов ответа перечислены только лиственные породы?

а) сосна, липа, акация

б) лиственница, кедр, пихта

в) тополь, ольха, осина

(Верный ответ в )

8. Установка на следующий урок.

На следующем уроке продолжится знакомство с технологией обработки древесины. Вы получите новые знания о процессе изготовления изделий из древесины.

9. Итоги урока.

Давайте подведем итоги нашего урока.

Что нового вы узнали на уроке?

Что вы раньше знали?

Что вам понравилось больше всего на уроке?

Что не понравилось?

Отметить наиболее активных учащихся. Выставить оценки за занятие, ответить на вопросы.

Домашнее задание:

Повторить изученный материал;

Уборка рабочих мест.

Древесина подразделяется на две разновидности:

Лиственные породы: дуб, клен, береза, липа и др.

Хвойные породы: ель, сосна, кедр сибирский и др.

Плотность древесины составляет 0,46.. .0,76 г/см 3 , предел прочности при растяжении вдоль волокон 101... 161 МПа.

По строению древесина является композиционным материалом из прочных волокон целлюлозы и тонких прослоек лигнина.

Основные разновидности древесных материалов:

Прессованная древесина , получаемая горячим прессованием с последующей специальной обработкой. Используют для изготовления подшипников, втулок и других деталей машин.

Древесноволокнистые плиты изготовляют горячим прессованием измельченной древесины, иногда со связующим. Применяют для облицовки и отделки пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, автобусов и т.д.

Древесностружечные плиты получают горячим прессованием древесной стружки со связующим. Эти плиты используют в вагоностроении, для производства мебели и др.

Фанера представляет собой листовой материал толщиной 1... 12 мм. Изготовляется путем склеивания слоев шпона, представляющего собой широкую ровную стружку древесины в виде листов толщиной 0,55... 1,5 мм.

Керамические технические материалы

Керамические материалы получают из синтезированных или природных тонкодисперсных порошков неорганических химических соединений (оксидов, нитридов и др.). Для приготовления керамической массы применяют и вспомогательные вещества: пластификаторы, улучшающие формование непластичных порошков, связующие вещества, смазывающие жидкие масла с малым поверхностным натяжением, применяемые для уменьшения трения и прилипания массы к поверхности прессформы, поверхностно-активные вещества (олеиновая и стеариновая кислоты), улучшающие смачивание керамических частиц.

В приготовлении керамической массы важнейшими операциями являются: измельчение исходных материалов, составление смеси порошков, гранулирование и сушка керамических масс. Материалы в виде кусков различных размеров с различными физическими свойствами размельчают механическим путем (дробят и размалывают). Сначала производят грубое дробление до размера частиц 10... 15 мм, затем среднее - до размера частиц 1 мм и мелкое дробление. Измельченный материал просеивают через металлические сита, пропускают через магнитный сепаратор для отделения ферромагнитных примесей и направляют для повторного мелкого помола, обычно совмещаемого со смешиванием компонентов. Часто помол осуществляется с добавлением воды.

Смесь исходных материалов получают смешиванием тонкодисперсных компонентов или одновременным тонким измельчением и смешиванием исходных компонентов. Наибольшее распространение в производстве керамиче­ских изделий получили пресс-порошки, литьевые шликеры и пластичные фор­мовочные массы. Эти массы отличаются друг от друга содержанием пластифи­каторов. При малом содержании пластификаторов 3...10 % получают пресс- порошки, при 7...20 % - ном содержании пластификаторов - пластичные формовочные массы и при большем содержании пластификаторов (до 40 %) - литьевые шликеры.

Процесс формования изделий из керамических масс основан на способности их к пластическому течению без нарушения сплошности под действием внешних сил и сохранении полученной формы. Свойства пластичности керамической массе обычно придают специальные вещества - пластификаторы. В производстве наиболее часто формование изделий выполняют следующими способами: прессованием, шликерным литьем, формованием из пластичных масс, прокаткой.

Сформованные заготовки подвергаются обжигу. При обжиге происходит спекание керамического материала в результате протекания ряда физикохимических процессов с приобретением изделиями определенных свойств, уплотнение и упрочнение материала за счет протекания процессов переноса и перераспределения веществ. Обжиг осуществляют в печах периодического или непрерывного действия.

Керамические материалы относятся к телам кристаллического строения и состоят из большого количества зерен химических соединений. Размер зерен, как правило, 50... 100 мкм и более. В зернах наблюдается упорядоченное расположение ионов в пространстве в виде некоторой кристаллической решетки. Кристаллы оксидов и других неорганических химических соединений имеют в основном ионный характер сил связи (ионные кристаллы). Основу ионной связи составляет электростатическое притяжение между ионами с положительным зарядом (катионами) и с отрицательным зарядом (анионами). Ионный характер связи в большей степени проявляется в соединениях, элементы которых относятся к наиболее удаленным друг от друга группам периодической системы элементов Менделеева (например, MgO, ВеО).

Техническая керамика в зависимости от наличия в изготовленном материале определенного химического соединения и свойств подразделяется на несколько основных классов: конструкционная, режущая, электротехническая, радиотехническая и др.

Конструкционная керамика . Конструкционная керамика допускает применение более высоких температур по сравнению с металлами и поэтому является перспективным материалом для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей. Помимо более высокого КПД двигателей, преимуществом керамики является низкая плотность и теплопроводность, повышенная термо- и износостойкость.

Высокотемпературная конструкционная керамика характеризуется уме­ренной пористостью и высокой термостойкостью при сохранении достаточно высоких термомеханических свойств при температурах эксплуатации 1300°С и выше. Детали из этой керамики имеют форму трубок, втулок, стержней, шайб, крюков и более сложных фасонных изделий.

В качестве конструкционной керамики используются нитриды, оксиды, карбиды Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC и др. Керамика с содержанием более 95 % Al 2 O 3 называется корундовой.

Наиболее перспективной технологической схемой изготовления изделий из конструкционной керамики на данном этапе ее развития считается следующая: формование подготовленной композиции - обжиг заготовок - дополнительное уплотнение методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Например, ГИП нитрида кремния Si 3 N 4 проводится в оболочках из стекла при температурах 1800...2000°С под давлением аргона 100... 150 МПа в течение часа. При этом предел прочности σ изг возрастает с 830 до 1030 МПа. Пред­варительный обжиг ведут с использованием нагрева в микроволновых печах (частота тока 28000 МГ ц).

Конструкционная керамика в опытном порядке применяется в автомобилестроении для верхней части толкателя клапана двигателей внутреннего сго­рания (д.в.с.), рабочей поверхности кулачков распределительного вала д.в.с. и др. деталей.

Керамические материалы относятся к хрупким материалам, и их прочность в значительной мере зависит от состояния поверхности деталей, особенно от наличия микротрещин, которые являются концентраторами напряжений. Для деталей машин с точными размерами необходимо проведение механической обработки. Вследствие высокой твердости и хрупкости керамики используется абразивная обработка. Наиболее используемым методом обработки в настоящее время является точное шлифование с использованием кругов, имеющих в качестве абразива алмазные порошки. Изменяя такие факторы, как глубина резания и зернистость алмазного порошка в шлифовальном круге, можно контролировать характер разрушения керамики, а следовательно, изготавливать изделия с рациональными параметрами шероховатости обработанной поверхности. Следовательно, структура дефектного поверхностного слоя изделия определяется как физико-механическими свойствами, так и режимами алмазного шлифования керамики.

Режущая керамика (РК). Она характеризуется высокой твердостью, в том числе при нагреве, износостойкостью, химической инертностью к большинству металлов в процессе резания. По комплексу этих свойств керамика существенно превосходит традиционные режущие материалы - быстрорежущие стали и твердые сплавы.

Различают нитридную и оксидную керамику. Современная РК является композиционным материалом с матрицей из Si 3 N 4 (t раб max ≤ 1200°С) или А1 2 0з (t раб max ≤ 1500°С). Наполнителем служат мелкие частицы TiN, TiC, ZrO 2 .

РК изготовляется в виде небольших пластин, на поверхность которых наносят два и более слоев покрытий А1 2 0з, TiC, TiN, TiCN. Используют также «градиентные» покрытия, состав которых постепенно изменяется от керамики к рабочей поверхности. Покрытия имеют своей целью «залечивание» дефектов поверхностного слоя керамического материала.

Оксидная режущая керамика AI 2 O 3 , AI 2 O 3 + ZrO 2 используется для черновой и чистовой токарной обработки деталей из сталей, реже чугунов.

Нитридная режущая керамика Si 3 N 4 , SisN 4 + Zr0 2 применяется для чернового и чистового точения, фрезерования чугунов и суперсплавов.

Режущая керамика по своим свойствам занимает промежуточное положение между твердыми сплавами и сверхтвердыми материалами (алмазами).

Стекло неорганическое

Стеклообразное состояние присуще обширному классу неорганических веществ, от отдельных элементов до сложных многокомпонентных систем. Стекло как искусственный продукт, может включать в свой состав большинство элементов периодической системы.

Наибольшее применение получили стекла, содержащие оксиды SiО 2 , В 2 О 3 . Каждый из этих стеклообразующих оксидов может образовывать стекла в сочетании с модифицирующими оксидами: SiО 2 - AI 2 O 3 , SiО 2 - В 2 О 3 , CaО-MgО 3 - В 2 О 3 и др.

Многовековая история стекловарения, начиная с Древнего Египта, Вави­лонии, Ассирии и по настоящее время, связана с изготовлением силикатных стекол, основывающихся на системе Si-Na 2 О-CaО . Состав некоторых про­мышленных стекол представлен в табл. 1.

Таблица I

Химический состав стекол

Вид стекла	Химический состав,%
Si0 2	Na 2 О	CaО	В 2 О 3	AI 2 O 3	MgО	ВаО	К 2 О	Fe 2 O 3
Посудное			7,45	–	0,5	–	–		0,05
Химико-лаборатор-ное	68,4	9,4	8,5	2,7	3,9	–	–	7,1	–
Полированное (флоат-способ)		13,4	8,7	–	0,9	3,6	–	–	0,1; 0,3 SiО 3
Медицин-ское		8,5			4,5		–		–
Термо-стойкое	80,5		0,5			–	–		–
Радиаци-онно-стойкое	48,2		0,15		0,65	–	29,5	7,5	–

Стекло - это такое состояние аморфного вещества, которое получается при охлаждении переохлажденного расплава. Отличие стекла от кристаллов состоит в отсутствии в нем периодичности строения, дальнего порядка в структуре.

По своему строению силикатные стекла представляют собой непрерыв­ную беспорядочную сетку из тетраэдров SiО 4 (рис. 11). Атом кремния, окруженный четырьмя атомами кислорода, отражает ближний порядок в структуре стекла. Как показали многочисленные рентгеновские и нейтронографические исследования, наличие неупорядоченной сетки подтверждается и применитель­но к структуре однокомпонентных стекол.

При введении в SiO 2 оксидов натрия непрерывность кремнекислородной сетки нарушается за счет частичных обрывов связей Si-О-Si, соединяющих тетраэдры между собой. Появляются так называемые немос- тиковые атомы кислорода. Тетраэдры соединяются вершинами, а не ребрами и не гранями.

Рис. 11. Тетраэдрическое строение структуры стекла

Компоненты стекла, способные самостоятельно образовывать структурную непрерывную сетку, такие как SiО 2 и другие, принадлежат к группе стек- лообразователей. Компоненты стекла, не способные самостоятельно образовывать структурную непрерывную сетку, называются модификаторами. К группе модификаторов, как правило, принадлежат оксиды элементов первой и второй групп периодической системы. Катионы модификаторов располагаются в свободных полостях структурной сетки (рис. 12).

У неорганических стекол при охлаждении расплав переходит в пластиче­ское физическое состояние, а затем в стеклообразное состояние. При нагрева­нии, соответственно, происходят переходы: стеклообразное состояние -> пла­стичное состояние -> расплав.

Рис. 12. Схема строения стекла

Температурный интервал, в котором происходит процесс стеклования, называется интервалом стеклования и ограничен двумя температурами: со стороны высоких температур Т р (температура размягчения), со стороны низких температур Т ст. Стекло обладает свойствами твердого тела с хрупким разрушением. Температура Т р является границей пластического состояния и расплава. При температуре Т р из стекломассы уже удается вытягивать тонкие нити.

Стекло приобретает твердость благодаря постепенному возрастанию вязкости при уменьшении температуры. Характеристические температуры Т ст и Т р соответствуют определенным значениям вязкости (рис. 13).

Рис. 13. Зависимость вязкости стекла от температуры (пример). Физические состояния:

I-стеклообразное; II-пластичное; III-расплав

Производство стекла состоит из подготовки сырых материалов и их смешивания в определенных соотношениях в однородную шихту. В качестве ис­точника главного компонента промыш­ленных стекол - кремнезема (S1O2) - ис­пользуют кварцевые стекольные пески.

Шихта подается в стекловарен­ную печь, где ведется варка при температурах 1500...1600 °С. На последней стадии температура снижается до ~1000°С (Т р).

Формование изделий из стекломассы-расплава проводится в области пластичного состояния на стеклоформующих машинах механическими способами (прессованием, прокаткой, выдуванием и др.).

Для получения листового полированного стекла формование расплава стекла в ленту происходит на ровной поверхности расплавленного олова (флоат-способ ). Перемещаясь вдоль ванны, лента стекла охлаждается от 1000 С до 600 °С, затем проводится отжиг в туннельной печи длиной 120 метров.

Свойства стекла зависят от сочетания входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное свойство стекла - прозрачность (светопрозрачность оконного стекла 83.. .90 %, а оптического стекла - до 99,95 %). Стекло типично хрупкое тело, весьма чувствительное к механическим воздействиям, особенно ударным. Для повышения прочности стекло подвергают упрочнению (закалка, химическая и термохимическая обработка и др.), что ослабляет действие по­верхностных микротрещин. Для устранения влияния микротрещин применяют стравливание поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой раство­ряется плавиковой кислотой, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из полимеров.

Плотность стекла 2200...8000 кг/м 3 , микротвёрдость 4... 10 ГН/м 2 , модуль упругости 50...85 ГН/м 2 . Предел прочности стекла при сжатии равен 0,5. ..2 ГН/м, при изгибе 30. ..90 ГН/м 2 . Коэффициент теплопроводности стекла мало зависит от его химического состава и равен 0,7...4,3 Вт/(м К). Коэффициент преломления 1,4...2,2, диэлектрическая проницаемость 3,8... 16,0.

Как материал стекло широко испольэуется в различных областях. В соответствии с назначением известны разнообразные виды стекла: оконное, посудное, тарное, химико-лабораторное, термическое, жаростойкое, строительное, оптическое, электровакуумное и многочисленные другие виды стекла технического. В пределах каждого вида стекла имеются самые разнообразные его сорта. В зависимости от условий службы каждого вида и сорта стеклу предъявляются определённые требования в отношении свойств, сформулированные в соответствующих стандартах и технических условиях.

Физические свойства:

1) плотность; зависит от количества пустот, толщины стенок волокон и содержания влаги (сосна и ель – 5 кН/м3, береза 6 кН/м3) 2) температурное расширение – линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения в древесине различно вдоль волокон под углом к ним. Коэффициент в 2-3 раза меньше чем у стали 3) теплопроводность – вследствие пористого строения древесина плохо проводит тепло.Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон. Механические свойства древесины, являющейся природным полимером, изучаются на основе реологии – науки об изменении свойств вещества во времени под действием тех или иных факторов, в данном случае нагрузок. 2 реологических свойства: ползучесть – свойство материала дополнительно деформироваться с течением времени при постоянной нагрузке; релаксация – уменьшение напряжений с течением времени. Различные механические свойства материалов при различном направлении усилия к волокнам называется анизотропией и обусловлено трубчатым строением древесины.. Для древесины в инженерных расчетах принята транстропная модель анизотропии, которая предполагает различные механические и упругие свойства только в двух направлениях (вдоль и поперек волокон). Свойства в тангенциальном и радиальном направлении практически одинаковы. При растяжении вдоль волокон и поперек волокон характер разрушения хрупкий, что является опасным. При смятии прочностные характеристики практически не отличаются от сжатия. Скалывание вдоль волокон является одним из слабых мест в работе древесины. см=0,5…0,6 кН/см2; характеризуется хрупким разрушением. Прочностные характеристики зависят от породы древесины, от времени действия нагрузки, от размеров поперечного сечения, от конфигурации элемента. Это все учитывается коэффициентом условия работы.

2. Макроструктура древесины хвойных пород

3.Пороки древесины и их влияние на мех св-ва

Пороками древесины называют изменения ее внешнего вида, нарушение целостности тканей и клеточных оболочек, правильности ее строения и повреждения, понижающие качество древесины и ограничивающие возможности ее применения.

Дефекты - пороки древесины механического происхождения, возникающие в ней в процессе заготовки, транспортирования, сортировки и механической обработки.

Влияние порока на качество древесины зависит от его вида, размера, расположения в материале и назначения материала. Он снижает прочность и декоративность лесоматериалов, поэтому сортность древесины определяют с обязательным учетом имеющихся в ней пороков.

Согласно ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины. Классификация, термины и определения» все пороки подразделяются на группы: сучки, трещины, грибные повреждения, химические окраски, пороки формы ствола и строения древесины, повреждения насекомыми, инородные включения и дефекты обработки.

Сучки - наиболее распространенный и неизбежный порок древесины, которые представляют собой основания ветвей, заключенные в древесину ствола. По степени зарастания сучки бывают открытые и заросшие.

Метиковые трещины - радиально направленные трещины в ядре, отходящие от сердцевины, не доходящие до коры и имеющие значительную протяженность по длине сортимента. Протяженность мети-ковой трещины может быть более 10 м. В зависимости от расположения в круглых сортиментах подразделяются на простые и сложные. Простая метиковая трещина - одна или две трещины, направленные по одному диаметру и проходящие в одной плоскости по длине сортимента. Две или несколько трещин, расположенные на торце под углом друг к другу, а также одна или две трещины, направленные по одному диаметру, но располагающиеся по длине сортимента в разных плоскостях, - это сложная метиковая трещина.

Отлупная трещина - трещина между годичными слоями, возникающая в ядре или спелой древесине. Формируются в растущем дереве, имеют короткую протяженность по высоте ствола и снаружи не видны.

Морозная трещина - наружные продольные разрезы древесины стволов растущих деревьев. Распространяется вглубь ствола по радиальным направлениям (чаще в комлевой части).

Пороки формы ствола выражаются в различных отклонениях от нормальной формы ствола и формируются в период роста дерева. Кним относят сбежистость, закомелистость, наросты, кривизну, овальность.

Сбежистость представляет собой постепенное уменьшение толщины лесоматериалов или ширины необрезных пиломатериалов на всем их протяжении. Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, такое явление расценивается как порок. Стволы хвойных пород менее сбежисты, чем лиственные.

Закомелистость - резкое увеличение диаметра комлевой части лесоматериалов и ширины пилопродукции. Сбежистость и закомелистость затрудняют применение лесоматериалов по назначению, увеличивают количество отходов при их распиливании и лущении, раскрое пиломатериалов, обуславливают появление радиального наклона волокон.

Наросты и кривизна часто встречаются на всех породах, особенно на лиственных, затрудняют применение лесоматериалов по назначению и осложняют их переработку. Наросты - местные утолщения ствола, бывают с гладкой поверхностью и правильным строением древесины, а также с неровной поверхностью и свилеваты

строением древесины, которые называются капами. Кривизна - искривление ствола по длине. Различают простую и сложную кривизну, которая характеризуется соответственно одним или несколькими изгибами сортимента.

К порокам строения древесины относят наклон волокон, крень, свилеватость и др.

Наклон волокон (косослой) - отклонение волокон от продольной оси сортимента, приводит к повышенной усушке и короблению. Наклон волокон затрудняет механическую обработку древесины, понижает способность к загибу, а также прочность пиломатериалов при растяжении вдоль волокон и изгибе.

Крень - местное изменение строения древесины хвойных пород. Выражается в кажущемся увеличении ширины поздней зоны годичных слоев. Образуется в сжатой зоне изогнутых или наклонных стволов. Крень повышает твердость древесины и ее прочность при сжатии и статическом изгибе; снижает прочность при растяжении; увеличивает усушку вдоль волокон, вызывая растрескивание и продольное коробление пилопродукции; уменьшает водопоглощение древесины и этим затрудняет ее пропитывание, а также ухудшает внешний вид.

Тяговая древесина наблюдается на торцах в виде дугообразных участков, на радиальных поверхностях - в виде узких полос (тяжей). Она повышает прочность древесины при растяжении вдоль волокон и статическом изгибе, повышает усушку во всех направлениях, особенно вдоль волокон, что способствует появлению коробления и трещин, затрудняет обработку, приводя к образованию ворсистости и мшистости поверхности.

Свилеватость - искривление волокон. Снижает прочность древесины при растяжении, сжатии и изгибе, повышает прочность при раскалывании и скалывании в продольном направлении, затрудняет фрезерование древесины.

Завиток встречается в виде частично перерезанных, скобкооб-разно изогнутых контуров, образованных искривленными годичными слоями. Различают односторонний и сквозной завиток. Снижает прочность древесины при сжатии и растяжении вдоль волокон, а также ударную вязкость при изгибе. Прочность материала заметно снижается при расположении завитков в растянутой зоне опасного сечения. Смоляной кармашек встречается в древесине хвойных пород; может быть односторонним и сквозным, снижает прочность древесины. Вытекающая из смоляных кармашков смола портит поверхность изделий и препятствует их лицевой отделке и склеиванию.

Прорость - частично или полностью заросшая на стволе кора или омертвевшая в результате повреждения древесина; возникает в растущем дереве при зарастании нанесенных ему повреждений и сопровождается развитием засмолка, грибных ядровых пятен и полос ядровой гнили. Нарушает целостность древесины и сопровождается искривлением прилегающих годичных слоев. Прорость бывает открытой и закрытой.

Засмолок - встречается в древесине только хвойных пород. Он существенно не влияет на механические свойства, однако заметно снижает ударную вязкость при изгибе, уменьшает водопроницаемость, затрудняет лицевую отделку и склеивание.

Ложное ядро - темноокрашенная внутренняя часть ствола лиственных безъядровых пород. По форме поперечного сечения может быть округлым, звездчатым и лопастным. Этот порок портит внешний вид, отличается плохой проницаемостью, пониженной прочностью при растяжении вдоль волокон и хрупкостью. У березы ложное ядро легко растрескивается.

Водослой - бывает в виде мокрых, темных пятен различной формы и величины, является причиной растрескивания снижает ударную вязкость и сопровождается гнилью.

Химические окраски в большинстве случаев - следствие окисления содержащихся в древесине дубильных веществ. К ним относятся: продубина, дубильные потеки, желтизна, которые не влияют на физико-механические свойства древесины, а при интенсивной окраске ухудшают внешний вид материалов.

Грибные поражения в древесине возникают при развитии в ней грибов, которые подразделяются на деревоокрашивающие и дерево-разрушающие.

На древесине грибы развиваются при определенной влажности (оптимальная - 40-60%) и температуре (оптимальная - 20-30 °С).

Ядровая гниль - участки ненормальной окраски ядра, которые по цвету и характеру разрушения подразделяются на пеструю ситовую, бурую трещиноватую и белую волокнистую ядровую гниль. Этот порок существенно влияет на механические свойства материала. В зависимости от размеров поражения древесины гнилью ее сортность снижается вплоть до полной непригодности.

Плесень представляет собой отдельные пятна или сплошной налет зеленого, голубого, черного или другого цвета. На механические свойства древесина она не влияет, но ухудшает ее внешний вид.

. Побурение

Заболонная гниль , Трухлявая наружная гниль

,Червоточина в зависимости от глубины проникновения может быть поверхностной (не влияет на механические свойства), неглубокой и глубокой (нарушают целостность древесины и снижают механические свойства). Червоточины способствуют проникновению грибов и развитию гнили.

4. Влажность древесины, её влияние на прочность и деформативность. Различают два вида влаги, содержащейся в древесине: связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточныхпространствах. Кроме свободной и связанной влаги различают влагу, входящую в химический состав веществ, которые образуют древесину (химически связанная влага). Эта влага имеет значение только при химиче­ской переработке древесины. Максимальное количество связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения клеточных стенок и составляет 30 %. Устойчивая гигроскопическая влажность древесины, соответствующая определенному сочетанию температуры и влажности воздуха, назы­вается равновесной влажностью древесины. Изменение влажности древе­сины от предела гигроскопичности и выше может произойти только по ме­ре заполнения свободной влагой полостей клеток. При изменении влажнос­ти древесины от 0 % до предела насыщения клеточных стенок объем древе­сины увеличивается (разбухает), а снижение влажности в этих пределах уменьшает его размеры (усушка). Чем плотнее древесина, тем больше ее разбухание и усушка. Соответственно различны разбухание и усушка у по­здней, более плотной, и у ранней древесины.

Установлено, что линейная усушка вдоль волокон в радиальном и тангенциальном направлениях существенно различается. Усушка вдоль во­локон древесины обычно так мала, что ею пренебрегают, усушка в радиальном направлении колеблется в пределах 2...8,5 %, а в тангенциальном на­правлении 2,2... 14 %. Следствием такой неравномерности усушки является коробление досок при высыхании (рис.). При увеличении влажности свыше точки насыщения клеточных стенок, когда влага занимает полоски клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит. Процесс высыхания древесины состоит из испарения влаги с по­верхности и перемещения ее из внутренних, более влажных слоев, к наруж­ным. Испарение влаги с поверхности древесины происходит быстрее, чем продвижение влаги изнутри к периферии, что обуславливает неравномер­ность распределения влажности; в тонких пиломатериалах эта неравномер­ность обычно невелика и быстро уменьшается; в толстых элементах влаж­ность выравнивается медленно и неравномерность ее распределения в нача­ле высыхания может быть значительной. Чем выше плотность древесины, тем меньше скорость высыхания. Влагопроводность в радиальном направ­лении несколько больше, чем в тангенциальном, что объясняется влиянием сердцевинных лучей. Установлено, что в хвойных породах между радиальной и тангенциальной усушкой древесины поздней зоны годичных слоев существует небольшое различие, а тангенциальная усушка ранней зоны в 2-3 раза превосходит радиальную. Свежесрубленная древесина соержит80..100% влаги, причем влажность заболони хвойных пород в 2-3 раза больше влажности ядра. влажность сплавной древесины доходит до 200%. Конечная влажность древесины должна соответствовать ее равновесной влажности в условиях эксплуатации.

////Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность мат-ла. Деревянные строительные конструкции в основном изготавливают­ся из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница). На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части рис.: под корой расположен тонкий слой камбия, отлагающего древе­сину и работающего с различной интенсивностью, так как деятельность его зависит и от внешних условий. В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцеви­на, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2-5 мм. Вся основная древесина, расположенная между тоненьким слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, немного отличающихся од­ни от других цветовыми оттенками - внутренняя зона, более темная, называется ядром, а более светлая – заболонью. На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Древесина состоит из клеток двух видов - прозенхимных и паренхимных. Паренхимные клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех трех осевых направлениях. К прозенхимным клеткам относятся трахеиды - полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Основными элементами древесины хвойных пород являются трахеиды, которые занимают свыше 90 % общего объема древесины. Паренхимные клетки в хвойной древесине входят в состав сердце­винных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении в пери­од вегетации, а в период покоя в них хранятся запасные питательные веще­ства. Трахеиды хвойных пород выполняют не только свойственные им проводящие функции, но и механические. Трахеиды ранней части годично­го слоя обладают тонкими стенками и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки и малые полости. На основе современных исследований установлено, что стенки кле­ток трахеид представляют собой слоистую оболочку. В стенке каждой нормальной трахеиды различают: тонкую первичную оболочку Р, значительно более толстую вторичную оболочку S, состоящую из наружно­го слоя S b среднего слоя S 2 и внутреннего слоя S 3 . Каждый слой оболочки трахеид состо­ит из микрофибрилл, основой которых является кристаллическая целлюло­за, инкрустированная матриксом аморфных или паращшсталлических поли­меров, стабилизирующих структуру микрофибрилл. В составе стенки клет­ки особую роль играет лигнин. Если высокая прочность при растяжении обеспечивается в основном целлюлозными микрофибриллами, то лигнин придает оболочке прочность на сжатие. В древесине хвойных пород из паренхимных клеток состоят в ос­новном многочисленные сердцевинные лучи (см. рис. 1.3.). Они узкие, пре­имущественно однорядные, но среди них встречаются и многорядные лу­чи со смоляным горизонтальным ходом посередине. У сосны, ели и лист­венницы, кроме паренхимных клеток, лучи содержат трахеиды.

5.6.Работа древесины на различные виды силовых воздействий. Растяжение. Предел прочности при растяжении вдоль волокон в стандартных чистых образцах высок – для сосны и ели он в среднем 1000 кгс/см 2 . Наличие сучков и присучкового косослоя значительно снижает сопротивление растяжению. Особенно опасны сучки на кромках с выходом на ребро. Опыты показывают, что при размере сучков 1/4 стороны элемента предел прочности составляет всего 0,27 предела прочности стандартных образцов.При ослаблении деревянных элементов отверстиями и врезками их прочность снижается больше, чем получается при расчете по площади нетто. Здесь сказывается отрицательное влияние концентрации напряжений у мест ослаблений.Сжатие. Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волокон дают значения предела прочности в 2-2,5 раза меньше, чем при растяжении. Для сосны предел прочности при сжатии в среднем 400 кгс/см 2 . Влияние пороков (сучков) меньше, чем при растяжении. При размере сучков, составляющих 1/3 стороны сжатого элемента, прочность при сжатии будет 0,6-0,7 прочности элемента тех же размеров, но без сучков. Таким образом, работа сжатых элементов в конструкциях более надежна, чем растянутых. Этим объясняется широкое применение металлодеревянных конструкций, имеющих основные растянутые элементы из стали, а сжатые и сжато изгибаемые из дерева.Приведенная диаграмма сжатия (рис.1.1.) при   0,5 более криволинейна, чем при растяжении. При меньших значениях  криволинейность ее невелика и она может быть принята прямолинейной до условного предела пропорциональности, равного 0,5.Изгиб. При поперечном изгибе значение предела прочности занимает промежуточное положение между прочностью на сжатие и растяжение. Для стандартных образцов из сосны и ели предел прочности при изгибе в среднем 750 кгс/см 2 . Поскольку при изгибе имеется растянутая зона, то влияние сучков и косослоя значительно. При размере сучков в 1/3 стороны элемента предел прочности составляет 0,5 прочности бессучковых образцов. В брусьях и особенно в бревнах это отношение выше и доходит до 0,6-0,8. Влияние пороков в бревнах при работе на изгиб вообще меньше, чем в пиломатериалах, так как в бревнах отсутствует выход на кромку перерезанных при распиловке волокон и отщепление их в присучковом косослое при изгибе элемента.Эпюра напряжений в поперечном сечении изгибаемого элемента при приближении к пределу прочности носит криволинейный характер. При этом фактическое краевое напряжение сжатия меньше, а напряжение растяжения больше вычисленных по формуле  = M/W.Предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения и его высоты. Это учитывается в расчете введением соответствующих коэффициентов к расчетным сопротивлениям.Смятие. Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под углом к ним. Прочность древесины на смятие вдоль волокон мало отличается от прочности на сжатие вдоль волокон, и действующие нормы не делают различия между ними. Смятию поперек волокон древесина сопротивляется слабо. Смятие под углом занимает промежуточное положение. Смятие поперек волокон характеризуется в соответствии с трубчатой формой волокон значительными деформациями сминаемого элемента. После сплющивания и разрушения стенок клеток происходит уплотнение древесины, уменьшение деформаций и рост сопротивления сминаемого образца.Скалывание и раскалывание. Скалывание – разрушение в результате сдвига одной части материала относительно другой. Различают продольное и поперечное скалывание. Из-за весьма слабого сопротивления древесины скалыванию этот вид деформации часто определяет размеры элементов или соединений.

7,8.Конструктивные и химические меры борьбы с гниением и пожарной опасностью. Использование для изготовления деревянных конструкций древеси­ны с влажностью более 30%, увлажнение конструкций в процессе эксплуатации, нару­шение осушающего режима в помещении и другие причины приводят к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций.

Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности грибов, разру­шающих целлюлозу - самую прочную часть древесины. Процесс развития грибов происходит при средней влажности древесины более 20% в условиях повышенной влажности воздуха при отсутствии проветривания и тем­пературе окружающего воздуха от 0 до 45°С.

Характерные признаки поражения древесины грибами в конструкциях:

появление на поверхности древесины грибницы - белых пушистых скоплений грибных нитей (гифов), а также наличие в помещении характерного грибного запаха;

изменение цвета древесины: в начале процесса - на красноватый, затем бурый или темно-коричневый;

Наличие в древесине глубоких продольных и поперечных трещин, по которым она распадается на отдельные призматические кусочки - деструктивная гниль (древе­сина как бы обугливается, легко отрывается и растирается пальцами в порошок), Основными мероприятиями конструктивной профилактики против загнивания деревянных конструкций являются защита их от постоянного или систематически по­вторяющегося увлажнения, создание осушающего режима эксплуатации.

Основные конструктивные (профилактические) меры против загнивания:

использование сухого пиломатериала с влажностью W=12 % для изготовления клееных деревянных конструкций и W < 20 % - для неклееных конструкций;

защита, конструкций от увлажнения на период транспортировки и монтажа;

Размещение деревянных конструкций полностью в пределах отапливаемого по­мещения либо целиком в пределах неотапливаемого чердачного помещения, за утеп­ленным подвесным потолком

вентиляция утепленных деревянных перекрытий

устройство опорных узлов рам, арок так, чтобыниз деревянного элемента был на 300...500 мм выше уровня чистого пола

- обеспечение свободного доступа к опорным узлам конструкций для осмотра и проветривания;

устройство гидроизоляции в местах соприкосновения древесины с каменной кладкой, бетоном, металлом;

В тех случаях, когда одними конструктивными мерами невозможно гарантиро­вать надежную защиту деревянных конструкций от загнивания, конструкции обрабаты­ваются специальными химическими препаратами - антисептиками - веществами, ока­зывающими отравляющее воздействие на биологических разрушителей древесины. Требования к антисептикам:

быть токсичными для дереворазрушающих грибов и насекомых и безопасными для человека и домашних животных;

не влиять на механическую прочность древесины и не способствовать коррозии металлических соединительных деталей;

легко проникать в древесину и не вымываться из нее, иметь постоянный хими­ ческий состав, не иметь резкого запаха, быть дешевыми и доступными, т. е. экономи­ чески выгодными для применения.

Применяемые в строительстве антисептики дедятря на водорастворимые (неорга­нические или минеральные); маслянистые (органические); комбинированные; ком­ плексные (обладающие антисептическими и огнезащитными свойствами).

Наиболее распространенные водорастворимые антисептики (состав, %): кремнефтористый аммоний,

фтористый натрий. В настоящее время применяются, как правило, комплексные составы, оказываю­щие антисептическое и антипирирующее защитное воздействие на древесину.

Предел огнестойкости строительных конструкций - это время (в минутах) насту­пления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструк­ции, признаков предельных состояний: потери несущей способности (R ); потери цело­ стности (Е); потери теплоизолирующей способности.

Конкретные конструктивные меры защиты от пожарной опасности зависят от функционального назначения зданий и сооружений и устанавливаются соответствую­щими нормами проектирования. Для одноэтажных производственных и складских зда­ний наиболее распространены следующие конструктивные меры защиты: соблюдение противопожарных разрывов между зданиями; устройство противопожарных разрывов длиной не менее 6...12 м в протяженных зданиях; разделение зданий на отсеки (через 50 м) брандмауэрными стенами из несгораемых материалов высотой 600 мм (от по­верхности кровли); проектирование КДК массивного прямоугольного сечения; защита (обшивка) поперечного сечения деревянных элементов листовыми материалами из ас­беста, ош т у кат у ривание растворами; применение несгораемых теплоизоляционных ма­териалов и кровель, разделение на отсеки, не сообщающиеся между собой, кровельных и стеновых панелей, имеющих пустоты.

При невозможности обеспечить требуемую пожарную безопасность зданий кон­структивными мерами используются химические меры защиты, которые включают об­работку деревянных элементов огнезащитными составами - антипиренами.

Антипирены - вещества, которые при нагревании плавятся и покрывают поверх­ность древесины огнезащитной пленкой, препятствующей доступу воздуха к древеси­не, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов, которые от­тесняют воздух от древесины. В состав антипиренов входят фосфорнокислый и серно­кислый аммоний, бура, борная кислота и другие химические вещества.

Наиболее применяемые антипирены для пропитки деревянных элементов препарат МБ-1

Для поверхностной обработки деревянных конструкций могут использоваться фосфатные составы и вспучивающиеся покрытия типа ВП-9.

Пропитка антипиренами снижает прочностные свойства древесины в среднем на 10%. Соединительные металлические детали (накладки, болты) снижают предел огне­стойкости деревянных конструкций, они также должны быть защищены огнезащитны­ми составами.

Лекция №1

Свойства древесины как конструкционного материала.

Виды и свойства строительной фанеры.

Защита деревянных конструкций от гниения и возгорания.

Наша страна является первой в мире по количеству лесных площадей, которые занимаю почти половину территории России - примерно 12,3 млн. км2. Основная часть лесов России, около3/4, расположена в районах Сибири, Дальнего Востока, в северных областях европейской части страны. Преобладающими породами являются хвойные: 37% лесов занимает лиственница, 19% - сосна, 20% - ель и пихта, 8% - кедр. Лиственные породы занимают около ¼ площади наших лесов. Наиболее распространенной породой является береза, занимающая около 1/6 общей площади лесов.

Запасы древесины в наших лесах составляют около 80 млрд. м3. Ежегодно заготавливается около 280 млн. м3. деловой древесины, т. е. пригодной для изготовления конструкций и изделий. Однако, это количество далеко не исчерпывает естественного годового прироста древесины в отдаленных районах Сибири и Дальнего Востока.

Заготовленный лес в виде отрезков стволов стандартной длины доставляется автомобильным, железнодорожным и водным транспортом или путем сплава по рекам и озерам на деревообрабатывающие предприятия. Там из него изготавливают пилёные материалы, фанеру, древесные плиты, конструкции и строительные детали. При лесозаготовке и обработке древесины образуется большое количество отходов, эффективное использование которых имеет большое народно-хозяйственное значение. Изготовление из отходов древесины изоляционных древесноволокнистых и древесностружечных плит, широко применяемых в строительстве, позволяет экономить большое количество деловой древесины.

Хвойную древесину используют для изготовления основных элементов деревянных конструкций и строительных деталей. Прямые высокие стволы хвойных деревьев с небольшим количеством сучков позволяют получать прямолинейные пиломатериалы с ограниченным количеством пороков. Хвойная древесина содержит смолы, благодаря чему она лучше сопротивляется увлажнению и загниванию, чем лиственная.

Лиственная древесина большинства пород является менее прямолинейной, имеет больше сучков и более подвержена загниванию, чем хвойная. Она почти не применяется для изготовления основных элементов деревянных строительных конструкций.

Дубовая древесина выделяется среди лиственных пород повышенной прочностью и стойкостью к загниванию. Однако, ввиду дефицитности и высокой стоимости она используется только для небольших соединительных деталей.

Березовая древесина так же относится к твердым лиственным породам. Ее используют, главным образом, для изготовления строительной фанеры. Нуждается в защите от загнивания.

Строение древесины

В результате растительного происхождения древесина имеет трубчатое слоисто-волокнистое строение. Основную массу древесины составляют древесные волокна, расположенные вдоль ствола. Они состоят из удлиненных пустотелых оболочек отмерших клеток (трахеидов, длиной порядка 3 мм) органических веществ (целлюлозы и легнина).

Древесные волокна располагаются концентрическими слоями вокруг оси ствола, которые называются годичными слоями, т. к. каждый слой нарастает в течение года. Они хорошо заметны в виде ряда колец на поперечных разрезах ствола, особенно хвойных деревьев. По их количеству можно определить возраст дерева.

Каждый годичный слой состоит из двух частей. Внутренний слой (более широкий и светлый) состоит из мягкой ранней древесины, образующейся весной, когда дерево растет быстро. Клетки ранней древесины имеют более тонкие стенки и широкие полости. Клетки поздней древесины имеют более толстые стенки и узкие полости. Прочность и плотность древесины зависит от относительного содержания в ней поздней древесины.

Средняя часть стволов древесины хвойных пород имеет более темный цвет, содержит больше смолы и называется ядро. Затем идет заболонь и, наконец, кора.

Кроме того в древесине имеются горизонтальные сердцевинные лучи, мягкая сердцевина, смоляные ходы, сучки.

Сортамент, пороки и качество древесины

Лесоматериалы, получаемые строительством, делят на круглые и пилёные .

Круглые лесоматериалы , называемые также бревнами, представляют собой части древесных стволов с гладко опиленными концами – торцами. Бревна имеют естественную усечено-коническую форму. Уменьшение их толщины по длине называется сбегом. В среднем сбег составляет 0,8 см на 1 м длины (для лиственницы 1 см на 1 м длины) бревна. Средние бревна имеют толщину от 14 до 24 см крупные – до 26 см. Бревна толщиной 13 см. и менее используют для временных построечных сооружений.

Пиломатериалы получают в результате продольной распиловки бревен на лесопильных рамах или круглопильных станках. Они имеют прямоугольное или квадратное сечение. Более широкие стороны пиломатериалов называют пластями, а узкие – кромками. Пиломатериалы имеют стандартную длину 1 – 6,5 м. с градацией через каждые 0,25 м. Ширина пиломатериалов колеблется от 75 до 275 мм, толщина – от 16 до 250 мм.

Качество лесоматериалов определяется, в основном, степенью однородности строения древесины, от которой зависит ее прочность. Степень однородности древесины определяется размерами и количеством участков, где однородность ее строения нарушена и прочность снижена. Такие участки называют пороками.

Основными недопустимыми пороками древесины являются: гниль, червоточины и трещины в зонах скалывания в соединениях.

Наиболее распространенными и неизбежными пороками древесины являются сучки – заросшие остатки бывших ветвей дерева. Сучки являются допустимыми с ограничениями пороками.

Наклон волокон (косослой) относительно оси элемента так же является допустимым с ограничением пороком. Он образуется в результате природного винтообразного расположения волокон в стволе, а так же при распиловке бревен в результате их сбега.

Трещины, возникающие при высыхании древесины, тоже относятся к числу ограниченно допускаемых пороков.

К порокам относятся так же мягкая сердцевина, выпадающие сучки и другие, менее распространенные нарушения однородности строения древесины.

Качество лесоматериалов определяется сортом (отборный, I, II, III, IV), устанавливаемым в зависимости от вида, величины, расположения и количества пороков. Древесина для несущих элементов деревянных конструкций должна удовлетворять требованиям I, II и III сортов.

Древесина I сорта используется в наиболее ответственных напряженных растянутых элементах. Это отдельные растянутые стержни и доски растянутых зон клееных балок высотой сечения более 50 см

Косослой ≤ 7%.

d ≤ 1/4 b .

Древесина II сорта используется в сжатых и изгибаемых элементах. Это отдельные сжатые стержни, доски крайних зон клееных балок высотой менее 50 см.; доски крайней сжатой зоны и растянутой зоны, расположенной выше досок 1-го сорта в клееных балках высотой более 50 см., доски крайних зон рабочих клееных сжатых, изгибаемых и сжатоизогнутых стержней.

Косослой ≤10%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ≤ 1/3 b .

Древесина III сорта используется в менее напряженных средних клееных сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов, а также в мало ответственных элементах настилов и обрешеток.

Косослой ≤12%.

Суммарный диаметр сучков на длине 20 см d ≤ 1/2 b .

Свойства древесины

Физические свойства

Плотность. Древесина относится к классу легких конструкционных материалов. Ее плотность зависит от относительного объема пор и содержания в них влаги. Стандартная плотность древесины должна определяться при влажности 12%. Свежерубленая древесина имеет плотность 850 кг/м3. Расчетная плотность древесины хвойных пород в составе конструкций в помещениях со стандартной влажностью воздуха 12% принимают равной 500 кг/м3., в помещении с влажностью воздуха более 75% и на открытом воздухе – 600 кг/м3.

Температурное расширение. Линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения, в древесине различно вдоль и под углами к волокнам. Коэффициент линейного расширения α вдоль волокон составляет (3 ÷ 5) ∙ 10-6, что позволяет строить деревянные здания без температурных швов. Поперек волокон древесины этот коэффициент меньше в 7 – 10 раз.

Теплопроводность древесины благодаря ее трубчатому строению очень мала, особенно поперек волокон. Коэффициент теплопроводности сухой древесины поперек волокон λ ≈ 0,14Вт/м∙ºС. Брус толщиной 15 см эквивалентен по теплопроводности кирпичной стене толщиной в 2,5 кирпича (51 см)воле, а так же при распиловке бревен в результате их сбега.

ластями, опильных станках. .- торцами. ниванию, чем хвой .

Теплоемкость древесины значительна, коэффициент теплоемкости сухой древесины составляет С = 1,6КДЖ/кг∙ºС.

Еще одним ценным свойством древесины является ее стойкость ко многим химическим и биологическим агрессивным среда. Она является химически более стойким материалом, чем металл и железобетон. При обычной температуре плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину. Большинство органических кислот при обычной температуре не ослабляют древесину, поэтому она часто используется для конструкций в условиях химически агрессивных сред.

Механические свойства древесины

Прочность . Древесина относится к материалам средней прочности, однако, ее относительная прочность с учетом малой плотности позволяет сравнивать ее со сталью.

Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее прочность зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам. При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток работают в самых благоприятных условиях и древесина показывает наибольшую прочность.

Средний предел прочности древесины сосны без пороков вдоль волокон составляет:

При растяжении – 100 МПа.

При изгибе – 80 МПа.

При сжатии – 44 МПа.

При растяжении, сжатии и скалывании поперек волокон эта величина не превосходит 6,5 МПа. Наличие пороков значительно (~ на30%) снижает прочность древесины при сжатии и изгибе, а особенно (~ на 70%) при растяжении. Длительность действия нагрузки существенно влияет на прочность древесины. При неограниченно длительном нагружении ее прочность характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет только 0,5 предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Вибрационные нагрузки, вызывающие переменные по знаку напряжения, снижают ее прочность.

Жесткость древесины (ее степень деформативности под действием нагрузки) существенно зависит от направления действия нагрузок по отношению к волокнам, их длительности и влажности древесины. Жесткость определяется модулем упругости Е.

Для хвойных пород вдоль волокон Е = 15000 МПа.

В СНиП II-25-80 модуль упругости для любой породы древесины Ео = 10000 МПа. Е90 = 400 МПа.

При повышенной влажности, температура, а также при совместном действии постоянных и временных нагрузок значение Е снижается коэффициентами условия работы mв, mт, mд < 1.

Влияние влажности . Изменение влажности в пределах от 0% до 30% приводит к снижению прочности древесины на 30% от максимальной. Дальнейшее изменение влажности не приводит к снижению прочности древесины.

Поперечное изменение влажности (усушка и разбухание) приводят к короблению древесины. Наибольшая усушка происходит поперек волокон, перпендикулярно годичным слоям. Деформации усушки развиваются неравномерно от поверхности к центру. При усушке появляется не только коробление, но и усушечные трещины.

Для сравнивания показателей прочности и жесткости древесины установлено значение стандартной влажности 12%

В12=ВW,

где α – поправочный коэффициент, при сжатии и изгибе α = 0,04.

Влияние температуры . При повышении температуры предел прочности и модуль упругости снижаются, а хрупкость древесины повышается. Предел прочности древесины Gt при температуре t в пределах от 10 до 30 оС можно определять исходя из ее начальной прочности - G20 при температуре 20 оС с учетом поправочного коэффициента β = 3,5 МПа.

Gt = G20 – β(t-20).

Строительная фанера

Строительная фанера – это листовой древесный материал заводского изготовления. Она состоит, как правило, из нечетного количества тонких слоев – шпонов. Волокна соседних шпонов располагаются во взаимно перпендикулярных направлениях.

СНиП II-25-80 по проектированию деревянных конструкций рекомендует следующие виды водостойкой фанеры в качестве строительной:

1. Фанера марки ФСФ склеенная фенолоформальдегидными клеями. Эта фанера выпускается:

Из древесины березы (5-ти и 7-ми слойная, толщиной 5 – 8 мм и более).

Из древесины личтвенницы (7-слойная, толщиной 8 мм и более).

Листы клееной фанеры толщиной более 15 мм называют фанерными плитами. Прочность клееной фанеры на срез в плоскости перпендикулярной листу примерно в 3 раза превышает прочность древесины при скалывании вдоль волокон, что является ее важным преимуществом.

Модуль упругости березовой фанеры вдоль волокон составляет 90%, а поперек – 60% от модуля упругости древесины вдоль волокон. Модули упругости фанеры из лиственницы составляют соответственно 70% и 50% от Ео древеспины.

1. Банелизированная фанера (ФБС) отличается от фанеры марки ФСФ тем, что ее наружные слои пропитывают водостойкими спирторастворимыми смолами. Она имеет толщину 7 – 18 м. Ее прочность вдоль волокон в 2,5 раза, а поперек в 2 раза превышает прочность хвойной древесины вдоль волокон. Применяется в особо неблагоприятных влажностных условиях.

Гниение и защита деревянных конструкций от гниения

Гниение – это разрушение древесины простейшими растительными организмами – дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах. Домовые грибы – (мерилиус, пория и др.) разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации.

Грибы развиваются из клеток – спор, которые легко переносятся движением воздуха. Приростая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба – источник новых спор.

Защита от гниения

1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t > 80оС, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.

2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).

2.1. Защита древесины от атмосферной влаги – гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли .

2.2. Защита от конденсационной влаги – пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).

2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) – устройство гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.

3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно. Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами – антисептиками .

Водорастворимые антисептики (фтористый, кремнефтористый натрий) – это вещества не имеющие ни цвета ни запаха, безвредные для людей. Используются в закрытых помещениях.

Маслянистые антисептики – это минеральные масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, древесный креозот и др.). Они не растворяются в воде, но вредны для человека, поэтому используются для конструкций на открытом воздухе, в земле, над водой.

Пропитка выполняется в автоклавах под высоким давлением (до 14 МПа).

Защита от жуков точильщиков – нагрев до t>80oC или окуривание ядовитыми газами типа гексахлорана.

Горение и защита деревянных конструкций от возгорания

Характеризуется пределом огнестойкости (порядка 40 мин. для бруса 17 х 17 см, нагруженного до напряжения 10 МПа.).

Защита

1. Конструктивная . Ликвидация условий, благоприятных для возгораний.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфтора и т. д.