Дерево – один из самых популярных и харизматичных строительных материалов. Для начала предлагаю поговорить о его физических и механических свойствах.
Если вы придете в строймаркет, то «деревяшки», разложенные штабелями, будут преимущественно из хвойных пород (скорее всего, сосны) – именно они традиционно используются для строительных конструкций. Это обусловлено большей прямолинейностью и стойкостью гниению в сравнении с древесиной лиственных пород.
Твердые лиственные породы (например, дуб, бук, граб) применяются чаще всего для изготовления ответственных мелких деталей, таких как шпонки и нагели. Береза – для фанеры и многих пластиков. Пиломатериалы из более мягких пород идут на постройку временных вспомогательных сооружений, а также отделку.
Свойства древесины
Хвойные породы отличаются простотой и однородностью структуры, их древесина более чем на 90% состоит из трахеид – вытянутых ромбовидных клеток. Врастая между собой, эти клетки создают очень плотное соединение «в зуб», с возрастом толщина их стенок увеличивается, а количество содержащейся внутри воды уменьшается, поэтому древесина из темной, более старой зоны ствола прочнее. По таким длинным клеткам питательные вещества перемещаются от корней к кроне и обратно. У лиственных пород больше испарения с поверхности (из-за большей площади листа), поэтому воды необходимо больше, а быстрее ее перемещают более короткие паренхимные клетки – именно они составляют сердцевинные лучи, по которым соки перемещаются внутри ствола по горизонтали. Эти клетки имеют одинаковые во всех измерениях размеры и больше насыщены влагой. Сердцевинные лучи у хвойников содержат трахеиды.
Не стоит путать прочность с твердостью материала. Если прочность говорит о способности сопротивляться излому, то твердость – о стойкости к царапинам и вмятинам. В приведенной ниже таблице мы видим, что сосна существенно мягче дуба, который, в свою очередь, не является (вопреки распространенному мнению) самым твердым.
Клетки выстраиваются в длинные сосуды-трубки, насыщенные питательными веществами, привлекательными для различных грибов и насекомых – для защиты от них применяются специальные обработки, о которых мы поговорим в другой раз.
Механические свойства древесины, такие как прочность и упругость, очень зависят от внешних факторов, а также угла приложения силы по отношению к направлению волокон. Прочность древесины максимальна при продольном усилии. Увеличение влажности снижает прочность, однако увеличивает модуль упругости. Повышение же температуры до 50°С снижает оба показателя, древесина становится более хрупкой.
КСТАТИ: испытания показывают значительный разброс показателей прочности для одной и той же породы, и даже в рамках одного ствола, что обусловлено особенностями строения.
Дерево – живой материал, он способен дышать и набирать-отдавать воду даже будучи уже частью конструкции. Влажность древесины свежеспиленного дерева около 100% – это показатель находящейся в межклеточном пространстве влаги. Если ствол сплавляется по воде, то он набирает воду еще, как губка, влажность существенно увеличивается. При дальнейшем хранении влажность древесины стремится сравняться с влажностью окружающей среды, также ее сушка может быть принудительной.
При впитывании влаги, увеличении влажности происходит разбухание древесины, при высыхании – усушка, иногда эти процессы приводят к появлению трещин. Чем плотнее древесина, тем заметнее разбухание и усушка.
Трубчатое строение обеспечило низкую теплопроводность древесины. Также стоит отметить низкий коэффициент температурного расширения, это позволяет обойтись в конструкциях и облицовках без температурных швов.
Плюсы и минусы
Подытожим. К достоинствам древесины относятся:
- прочность при малом весе;
- долговечность;
- низкие коэффициент температурного расширения и теплопроводность;
- возобновляемость;
- стойкость к некоторым агрессивным средам.
Отметим и очевидные недостатки:
- низкая огнестойкость;
- склонность к загниванию и поражению древоточцами;
- сильная зависимость механических свойств от условий эксплуатации;
- значительная неоднородность.
Для сглаживания этих недостатков применяются различные обработки.
Лесоматериалы
А теперь поговорим о том, что мы видим в магазине. Лесоматериалы – материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру и химические свойства. Их принято делить на круглые (только поперечная разделка) и пиленые (продольная разделка).
К круглым лесоматериалам относят бревна, используемые для конструкций и в строительстве. Они представляют собой не цилиндр, а, скорее, усечённый конус, размер определяется по диаметру тонкого конца, а наклон боковой поверхности называется сбегом. Выделяют три сорта бревен, при этом не допускается гниль, заболонная краснина, разносторонняя кривизна – пороки, делающие тело бревна критично неоднородным. Кругляк должен быть очищен от сучьев вровень с поверхностью, опилен под прямым углом к продольной оси и зачищен от коры.
Пиленые лесоматериалы получают путем продольного распила круглых заготовок, это всевозможные доски, брусья, бруски, погонажные изделия. К этой категории относятся также изделия для изготовления паркетных полов (плашки и щиты), шпон, фанера.
Поговорим подробнее о шпоне и фанере, потому как с погонажными изделиями все более или менее ясно.
Шпон
Шпон – тонкие листы дерева срезанные поперек или параллельно волокнам. Срезанный поперек шпон называется строганный (толщина 0,3-1 мм) сохраняет красивый рисунок годовых колец и используется для облицовок. Лущеный шпон получают, помещая круглую заготовку в лущильный станок, где по архимедовой спирали с нее срезают параллельно волокнам тонкую (0,35-4 мм) ленту, которая позже раскраивается на форматы. Чаще всего этот шпон идет на производство фанеры.
При производстве фанеры раскроенные листы шпона обрабатываются клеем и собираются в плиты таким образом, что в соседних слоях направление волокон перпендикулярно – это обеспечивает особую прочность, листов традиционно нечетное количество. Березовая фанера во всем мире называется «русской». Для склеивания листов фанеры применяется клей с содержанием формальдегидов, однако, его количество не превышает допустимых норм (касается ответственных производителей).
Фанера
Можно выделить следующие виды фанеры:
- Обычная фанера – сложный материал, получаемый склеиванием трех и более листов лущеного шпона. Толщина – 1,5-18 мм.
- Облицованная – лист обычной фанеры, покрытый с одной или двух сторон строганым шпоном из древесины ценных пород.
- Декоративная – лист обычной фанеры с одной или двух сторон покрывается декоративной пленкой, применяется в мебельном производстве.
- Бакелитовая фанера получается из лущеного шпона, склеенного водостойким резорциновым (бакелитовым) клеем. Она имеет более высокие прочностные характеристики, отличается высокой стойкостью к воздействию влаги. Применяется в авиастроению.
Когда речь идет о древесине, нельзя забывать о ее пороках (они гостированы), к которым относятся: кривизна, загнивания, выпавшие сучки, смоляные кармашки, трещины и т.д. Такой материал становится непригодным для производства конструкций, при этом он обладает высокой декоративностью и широко применяется в декоративно-прикладном искусстве.
Самым наглядным примером является ценная древесина карельской березы. Среди деревьев этой породы распространено генетическое заболевание, вследствие которого развивается свилеватость (чрезмерная неравномерность роста волокон) – этот порок делает древесину непригодной для конструкций, однако она ценится за высокие декоративные качества и используется для облицовок предметов интерьера и мебели.
