Основные пороки древесины

Цель лабораторной работы: изучение студентами строения и пороков древесины и ознакомление со стандартными методами определения физико-механических свойств древесины.

Нормативные ссылки

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 2140-81 Видимые пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения

ГОСТ 16483.0-89 Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям

ГОСТ 16483.1-84 Древесина. Метод определения плотности

ГОСТ 16483.3-84 Древесина. Метод определения прочности при статическом изгибе

ГОСТ 16483.7-71 Древесина. Методы определения влажности

ГОСТ 16483.10-73* Древесина. Методы определения предела прочности при сжатии вдоль волокон

Программа работы

Для реализации поставленной цели необходимо:

- изучить макро-, микроскопическое строение древесины и наиболее распространенные пороки древесины;

- ознакомиться с методами лабораторных испытаний древесины;

- определить на стандартных образцах древесины некоторые свойства: плотность, влажность, прочность

Методика выполнения работы

Строение древесины

Строение древесины, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении, называется макроструктурой, при увеличении в 100 и более раз - микроструктурой.

Практическая работа заключается в том, чтобы студенты, рассмотрев образцы древесных пород, зарисовали основные срезы ствола дерева и описали макро- и микроструктуру древесины.

Макроструктуру древесины изучают по 3-м срезам ствола дерева: поперечном срезе (торцевом), радиальном продольном, тангентальном (по хорде), рисунок 1.

В торцевом срезе ствола (рисунок 2) различают следующие основные части: кору, луб, камбий, заболонь, ядро и сердцевину.

1 – торцовый срез; 2 – радиальный срез; 3 – тангентальный срез

Рисунок 1 – Основные срезы ствола

1 – кора; 2 – луб; 3 – камбий; 4 – заболонь; 5 – ядро; 6 – сердцевина

Рисунок 2 – Торцевой срез ствола дерева

Каждая из частей, составляющих древесину, обладает определенными свойствами, оказывающими влияние на свойства древесины.

Кора – защищает дерево от механических повреждений, состоит из наружного слоя - корки и внутреннего – луба. Луб – тонкий слой (внутренний) коры – передает питательные вещества из кроны дерева к корням. Камбий – тонкий слой живых клеток, делением которых обеспечивается рост дерева в ширину. Слой камбия откладывает в сторону луба лубяные клетки, а к центру – клетки древесины, причем количество откладываемых клеток древесины больше, чем число клеток луба. Весной камбий образует широкие клетки с тонкой оболочкой – весеннюю древесину (раннюю). В летний период образуются узкие, толстостенные клетки – летняя древесина (поздняя). Образовавшиеся в течение вегетационного периода слои называют годичными. Годичные кольца различной толщины, в зависимости от условий благоприятствующих росту дерева. По годичным кольцам подсчитывается возраст дерева. Заболонь – слой древесины из молодых сравнительно недавно образовавшихся и наиболее влажных клеток, расположенных за камбием. Ядро – располагается за заболонью, состоит из полностью отмерших клеток, отличается от заболони более темным цветом у большинства пород древесины, называемых ядровыми (дуб, кедр, сосна). Если ядро не отличается по цвету от заболони, древесные породы называют спелодревесными (ель, пихта, бук). Если у древесной породы ядро отсутствует, то ее называют заболонной (береза, клен, ольха). Центральная часть ствола – сердцевина. Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связанными между собой, легко крошится и быстро загнивает. Питательные вещества в поперечном направлении – от коры к сердцевине - проходят по сердцевинным лучам.

Микроструктура древесины состоит из большого количества живых и отмерших клеток различных размеров и форм. Живая клетка имеет протоплазму, ядро, оболочку и клеточный сок. Протоплазма – растительный белок, состоящий из углерода, водорода, кислорода, азота, серы. Ядро от протоплазмы отличается наличием фосфора и обычно имеет овальную форму. Оболочка клетки состоит в основном из целлюлозы или клетчатки (С₆Н₁₀О₅)_n.. По мере роста клетки оболочка претерпевает различные изменения в строении и составе, в результате чего происходит ее одеревенение или опробкование или ослизнение. При одеревенении в оболочке клетки образуется лигнин, увеличивается твердость и прочность клетки. При опробковании в оболочке клетки образуются вещества с меньшим содержанием кислорода, чем лигнин, в связи с этим клетка хорошо противостоит гниению и становится непроницаемой для воды и газов. Ослизнение сопровождается превращением всей оболочки или части ее в слизь, которая растворяется в воде. Если ослизняется часть оболочки, то создаются отверстия, которыми клетки соединяются между собой, образуя сосуды. По назначению различают клетки проводящие, механические и запасающие. Проводящие клетки служат для передачи питательных веществ от корней к ветвям и листьям, механические - придают древесине прочность, запасающие – для хранения и передачи питательных веществ живым клеткам в горизонтальном направлении.

Основные пороки древесины

Пороками древесины называют всякие отклонения от нормы, выражающиеся в изменении внешнего вида, нарушения правильности строения, цельности тканей или клеток оболочек древесины, снижающие ее качество и ограничивающие возможность ее использования (ГОСТ 2140). Пороки могут быть природными и приобретенными.

Практическая работа заключается в изучении студентами пороков древесины, используя данные МУ (методических указаний), учебники, плакаты и специально подобранные образцы, подробно описывая и зарисовывая пороки с изложением причин и следствий, вызвавших появление того или иного порока.

Изучение пороков древесины проводят в следующей последовательности:

- пороки формы ствола дерева;

- пороки строения древесины;

- сучки;

- трещины;

- химические окраски;

- грибные поражения древесины и повреждения древесины насекомыми.

К порокам формы ствола относят кривизну ствола(рисунок 3),сбежистость и закомелистость(рисунок 4),нарост(рисунок 5).

Кривизна ствола- отклонение продольной оси ствола дерева от прямой линии, в зависимости от направления изгиба кривизна бывает односторонняя и разносторонняя. Сбежистость – резкое уменьшение диаметра ствола от комля (нижней части) к вершине. Нормальный сбег - постепенное уменьшение диаметра круглых лесоматериалов или ширины необрезной пилопродукции на всем их протяжении равный 1 см на 1 м длины сортимента. Закомелистость - резкое увеличение комлевой, граничащей с корневой системой, части ствола дерева. Различают округлую и ребристую закомелистость со звездчато-лопастной формой поперечного сечения ствола. Нарост -резкое местное утолщение ствола различной формы и размеров.

К основным порокам строения древесины относят наклон волокон (косослой), крень, свилеватость, двойная сердцевина(рисунок 6).

Наклон волокон (косослой) - отклонение направления волокон от продольной оси лесоматериала или винтообразность. Крень - ненормальное утолщение поздней древесины в годовых слоях; свойственно наклонно стоящим и искривленным деревьям. Свилеватость - извилистое или беспорядочное расположение волокон древесины, чаще встречающееся у лиственных пород, преимущественно в комлевой части ствола. Двойная сердцевина представляет собой ясно видные в поперечном разрезе ствола дерева две сердцевины. Снаружи древесного ствола обе сердцевины окружены сплошными кольцами годового слоя. Сердцевина - центральная часть ствола состоит из рыхлой древесной ткани.

Сучки – это основания ветвей заключенные в древесине ствола дерева живые или отмершие при жизни дерева. Сучки ухудшают внешний вид древесины, вызывают искривление волокон и годичных слоев, нарушают однородность, иногда целостность, затрудняют обработку древесины, снижают механические свойства. По состоянию древесины различают сучки здоровые, загнившие, гнилые и табачные. По степени срастания сучки могут быть сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся и выпадающие (рисунок 7) и т.д.

Трещины в древесине – разрыв древесины вдоль волокон. Образование трещин связано с наличием внутренних, присущих каждому растущему дереву напряжений, а также напряжений, возникающих в срубленной древесине под влиянием факторов внешней среды. Они нарушают целостность лесоматериалов, снижают их механическую прочность и долговечность. Разновидности трещин: метиковые, отлупная, морозная (рисунок 8), трещины усушки.

Метиковые трещины - радиально направленные трещины в ядре или заболони, отходящие от сердцевины. Они возникают в растущем дереве и увеличиваются в срубленном дереве при его высыхании. Простые метиковые трещины состоят из одной или двух трещин, расположенных на обоих торцах бревна в одной плоскости. Сложные метиковые трещины состоят из одной или нескольким трещин, расположенных на торцах бревна в разных плоскостях. Отлупная – трещина, проходящая между годичными слоями и возникающая в ядре растущего дерева. Морозные трещины образуются в растущем дереве, направлены радиально, проходят из заболони в ядро и имеют значительную протяженность по длине ствола дерева. Трещины усушки, возникающие в срубленном дереве по мере его высыхания, тоже направлены по радиусу торцового среза.

Химические окраски. Неестественные окраски возникают в срубленном дереве в результате химических и биохимических процессов, в большинстве случаев, вызывающих окисление дубильных веществ. Бывают светлые и темные химические окраски, они не влияют на физико-механические свойства древесины, но могут портить внешний вид облицовочных материалов.

Грибные поражения. В растущем дереве под действием дереворазрушающих грибов может развиваться ядровая гниль или наружная трухлявая гниль, при этом пораженная древесина распадается на части и растирается в порошок. На мертвой древесине развивается домовой гриб, белый домовой, домовой пленчатый. Разрушение древесины этими грибами может происходить в очень короткий срок (в течении нескольких месяцев). Червоточинойназывают ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми. К ним относятся жучки-короеды, слоники-долгоносики, усачи, термиты и др.

1 –односторонняя кривизна; 2 – разносторонняя кривизна

Рисунок 3 – Пороки формы ствола дерева: кривизна

1 – сбежистость; 2 - закомелистость

Рисунок 4 – Пороки формы ствола дерева: сбежистость и закомелистость

Рисунок 5 – Нарост на стволе дерева

а) наклон волокон; б) крень; в) свилеватость; г) двойная сердцевина

Рисунок 6 – Пороки строения древесины

а) сросшийся здоровый; б) несросшийся (выпадающий);

в) сшивной; г) разветвленный (лапчатый)

Рисунок 7 – Разновидности сучков по срастанию с древесиной и по форме

а) метиковая простая; б), в) метиковая сложная, г) отлупная; д) морозобоина открытая; е) морозобоина закрытая

Рисунок 8 – Разновидности трещин