Дерево — древнейший спутник человечества, являющийся для него источником энергии и традиционным строительным материалом, не имеющим равноценной замены.
Древесина дерева состоит из целлюлозы, лигнина, золообразующих минеральных и органических веществ, изменчивость свойств и сочетания которых, а также различия в клеточной структуре, приводят к тому, что древесина разных пород дерева может быть тяжелой или легкой, жесткой или гибкой, твердей или мягкой. Таким образом, дереву присущи разнообразные характерные особенности, выдвигающие ее на передний край в ряду сырьевых материалов.
Одна из главных особенностей дерева — разнообразие пород, размеров, форм и свойств лесоматериалов. Это позволяет удовлетворить почти любые требования, предъявляемые к дереву. Дерево обладает высокой удельной прочностью, высокими показателями стойкости и эксплуатационных свойств, что важно при применении дерева в качестве строительного материала. Сухая древесина дерева имеет хорошие изоляционные свойства по отношению к теплу, звуку и электричеству. В соответствующих условиях применения дерево имеет тенденцию поглощать и рассеивать звуковые колебания, являясь незаменимым материалом для многих музыкальных инструментов.
Благодаря неповторимой текстуре и цвету, дерево — эстетически привлекательный материал, и его внешний вид можно улучшать с помощью различных видов отделки. Древесине дерева легко придать нужную форму механической обработкой, ее можно соединять клеями, гвоздями, шурупами, болтами и прочими креплениями. Поврежденные элементы дерева в конструкциях легко заменить, а сами конструкции перестроить. Кроме того, дерево стойко к окислению, действию кислот и водных растворов солей. Дерево оказывает хорошее сопротивление ударным нагрузкам, воспринимает пропитку антисептиками и антипиренами, что еще более повышает его ценность. Дерево отлично комбинируется почти с любыми материалами, как для функциональных целей, так и для получения эстетического эффекта.
Исторически сложилось так, что некоторые породы дерева используются для многих целей, в то время как другие породы дерева, менее доступные и не обладающие необходимыми качествами, применялись только в одной-двух областях. Вне конкуренции по широте применения — дуб. Благодаря вязкости, прочности и долговечности высоко ценился в различных областях: судо- и мостостроении, бондарном производстве, строительстве домов и изготовлении инструментов, шпал, и, конечно, пола, лестниц, мебели и панельной обшивки.
В настоящее время в мире используются сотни пород дерева, которые подразделяются на два обширных класса — лиственные (твердые породы дерева), и хвойные (мягкие породы дерева). Различить их просто — хвойные породы отличаются игловидными или чешуевидными листьями (хвоей), которые остаются на деревьях в течение всего года (исключение составляет лиственница), а лиственные породы, опять же за небольшими исключениями, сбрасывают свои листья осенью или зимой.
И те, и другие имеют свои характеристики и широкий круг применения. Пилопродукция хвойных деревьев используется в строительстве для опалубки, строительных лесов, каркасов, обшивки пола, потолков, профильных изделий для внешней и внутренней отделки, обшивки панелями, простой встроенной мебели, оконных переплетов и др.
Лиственные породы дерева востребованы в строительстве для пола, архитектурных, декоративных изделий, профильных изделий для внутренней и внешней отдели, обшивки панелями. Большая часть лиственных деревьев идет на мебель, полы и тару.
Особенности некоторых видов древесины
Дуб достаточно широко распространен в нашей стране, и его древесина отличается высокой прочностью и стойкостью против гниения. Она имеет очень красивую текстуру и цвет, хорошо гнется и достаточно легко обрабатывается. Для придания древесине дуба более высоких декоративных качеств, ее часто подвергают морению или травлению. Под морением понимают многолетнее выдерживание его в воде, от чего древесина приобретает шелковистую темно-фиолетовую окраску. Морение увеличивает твердость древесины, но при этом повышает ее хрупкость.
Дубовую кору и опилки применяют для пропитки других пород древесины, что меняет их естественную окраску. Для этого деревянные заготовки выдерживают в отваре из смеси дробленой коры и стружки ствола дуба, насыщая их дубильными веществами. При выборе метода отделки дубового изделия нужно учитывать, что эта древесина плохо принимает спиртовые лаки и политуру. Повышенная твердость древесины дуба затрудняет забивку в него гвоздей и завинчивание шурупов.
Бук по прочности и твердости мало уступает дубу, но он более подвержен гниению из-за высокой гигроскопичности. Поэтому изделия из бука нельзя держать в среде с повышенной влажностью. Такое явление называют дыханием древесины. Текстура древесины бука отличается красотой и высокими декоративными качествами. Особенно в тангенциальном и радиальном разрезе. Процесс сушки происходит значительно быстрее, чем у других пород, а трещин при этом получается значительно меньше. Бук легко колется, пилится и обрабатывается. Его древесина хорошо гнется под паром, но полируется с большим трудом.
Ясень текстурой своей древесины немного похож на дуб, но цвет ее буровато-желтого цвета. Заболонь его четко отличается от ядра. Древесина ясеня достаточно твердая и вязкая, поэтому обрабатывается с трудом, но под паром достаточно легко гнется. При сушке трескается мало. К недостаткам ясеня можно отнести его подверженность гниению.
Сосна — дерево желтовато-красного или бледно-желтого цвета, обладающее высокой прочностью при небольшой объемной массе и легкое в обработке. По сравнению с лиственными породами (например, березой и буком), сосна представляет собой наиболее мягкий материал и меньше подвержена изменениям, вызванным влиянием влажности. Со временем древесина темнеет и сердцевина резко выделяется. При окраске сосны может быть видна неравномерность покрытия, так как участки с различной смолистостью и пористостью имеют разную степень впитываемости краски.
Красное дерево — под таким названием на российском рынке продаются разнообразные и разносемейные породы тропических деревьев, имеющие общий цвет и, отчасти, строение древесины. Они легко обрабатываются, и хотя отличаются довольно мягкой древесиной, относятся к весьма популярным столярным материалам — даже не столько из-за красоты, сколько из-за значительного сопротивления атмосферным влияниям и способности практически не изменять форму и размер.
В свежесрубленном состоянии древесина красного дерева имеет желтовато-красноватый цвет, но с течением времени под воздействием воздуха и света темнеет, постепенно принимая коричнево-красный или малиново-красный цвет с отчетливо выделяющимися светлыми и темными прожилками.
Цена и сорт красного дерева определяются не месторождением, а красотой рисунка его волокон. Различают красное дерево гладкое, полосатое, узорчатое, огненное, крапленое, узловатое и т.д. Для обозначения всех так называемых пород древесины часто применяется термин «махагони», который не следует путать с понятием»меранти», обозначающим древесину группы пород, распространенных в юго-восточной Азии.
Окраску древесине придают красящие дубильные вещества, находящиеся в ее клетчатке. Преобладают древесные породы с теплыми оттенками (желтые, охристые, красные, красно-коричневые, коричневые), но встречаются зеленые, синие, фиолетовые и черные породы древесины.
Желтый цвет имеет древесина ели, пихты, липы, березы, осины, граба и др. Все эти породы отличаются между собой широким спектром оттенков (от беловато-желтого до желто-красного).
Бурый цвет присущ древесине кедра, тополя, бука, лиственницы, ольхи, груши, сливы и др.
Коричневые оттенки имеют грецкий орех, черешня, яблоня.
Фиолетовый цвет является отличительной чертой сирени и ядра бирючины.
Перед тем как быть использованным, дерево проходит длительный и сложный технологический процесс, состоящий из грамотной сушки, защитной и декоративной обработки поверхности, раскроя, сортировки по прочности, внешнему виду и качеству отделки, и даже переработки и измельчения древесины. В результате, строительное и мебельное производства получают для своих нужд материалы из цельного дерева — самые ценные, более дешевые клееные деревянные конструкции, или многочисленные виды древесностружечных и древесноволокнистых плит, которые затем грунтуются, красятся, лакируются, или покрываются шпоном и пластиком.
В настоящее время, современные деревообрабатывающие технологии в сочетании с уникальностью и неповторимостью природных свойств древесины позволяют создавать из дерева исключительно долговечные деревянные дома, мебель, инструменты и декоративные конструкции. Их совершенство достигается использованием в производстве изделий из дерева результатов технологического развития. Это позволяет поддерживать характеристики и гарантии на изделие из дерева такие же или даже выше, чем из любого другого материала.
Изменение свойств древесины под действием различных факторов.
Иногда древесину нагревают для того, чтобы достичь определенного снижения гигроскопичности и, соответственно, разбухания и усушки. Но такой вид обработки связан с потерей прочности. Повышение стабильности формы и размеров деталей из древесины и, соответственно, снижение прочностных характеристик (особенно ударной вязкости) тем больше, чем выше температура и длительность нагрева.
Перед гнутьем или прессованием древесины применяют пропаривание или проваривание в воде. В этом случае повышается ее податливость, но снижается прочность. При пропаривании снижение прочности на изгиб у древесины хвойных пород на 10-20% больше, чем при обработке ее в горячей воде.
Низкие температуры оказывают на прочность древесины обратное влияние: прочность замороженной древесины заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток, что объясняет рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание. Объяснимо и повышение хрупкости (снижение ударной вязкости) древесины, более заметное у пород с меньшей плотностью. Увеличение влажности способствует более яркому проявлению этих тенденций.
Влияние излучений, жидкостей и газов.
Влияние ионизирующих излучений. Ионизирующие излучения снижают прочностные характеристики древесины. Объясняется это радиолизом (разложением) ее органических составляющих. Однако использование радиоизотопов в процессе неразрушающего контроля деталей из древесины и их лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых составляет примерно 1 Мрад) не ведет к снижению механических свойств материала, потому что доза облучения ниже той, которая вызывает заметные разрушения в веществе древесины.
Влияние агрессивных жидкостей и газов. Под действием кислот и щелочей происходит изменение цвета и разрушение древесины. Смолистые вещества, содержащиеся в хвойной древесине, заметно ослабляют негативное воздействие агрессивных сред, поэтому от их воздействия меньше страдают изделия из лиственницы и больше (в два-три раза) — лиственные породы, особенно мягкие. Древесина, пораженная синевой, подвержена разрушению в большей степени, чем здоровая. Само собой разумеется, что разрушение древесины под действием кислот и щелочей приводит к снижению ее прочности.
Влияние морской и речной воды. Испытания образцов, взятых из топляковых бревен (сосна, ель, береза, осина), показали, что после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. При более длительном воздействии речной воды поверхностный слой (толщиной 10-
Если древесина находится в воде несколько сотен лет, ее свойства сильно меняются. Количественные и качественные показатели этих изменений зависят от породы древесины. Наиболее известны результаты воздействия речной воды на древесину дуба. Мореный дуб меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-черного, что происходит в результате соединения дубильных веществ с солями железа. В насыщенном водой состоянии древесина мореного дуба сохраняет пластичность, но после высушивания становится более твердой и хрупкой по сравнению с обычным состоянием. Усушка мореного дуба в 1,5 раза больше, чем обычного, что объясняют сморщиванием (коллапсом) клеток с уменьшенной толщиной стенок, поэтому и растрескивается древесина мореного дуба при сушке больше обычного. Прочность мореного дуба при сжатии и статическом изгибе снижается в 1,5 раза. На изменения влияет и состав речной воды.
Длительное воздействие морской воды приводит к заметному повышению твердости лиственницы. При строительстве Венеции около 400 тыс. штук лиственничных свай было забито для укрепления оснований различных сооружений. Позже, в 1827 году часть свай была обследована. В заключении об их прочности сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых основана подводная часть города, как будто окаменели. Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила едва берет его.
Обследование сосновых свай, взятых из портовых сооружений в Баку и Махачкале, показало, что они на 40-70% снизили свои прочностные свойства за 30 лет эксплуатации.
Точно определить степень изменения свойств Тепляковой древесины после пребывания в воде нельзя, т. к. неизвестны ее
свойства до затопления. Для установления возможности использования топляковой древесины проводят ее испытания и определяют степень отклонения полученных данных от справочных.