Биоразрушение древесины

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ 5

2 СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ 9

2.1 Виды и свойства некоторой древесины 13

2.2 Материалы и изделия из древесины 16

3 МЕХАНИЗМ БИОДЕСТРУКЦИИ ДРЕВЕСИНЫ 22

3.1 Грибы 22

3.2 Заболонная гниль 32

3.3 Насекомые древоточцы 37

3.4 Бактерии 38

3.5 Водоросли 38

3.4 Ракообразные и моллюски 38

4 ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ ОТ БИОРАЗРУШЕНИЯ 39

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 51

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Древесина относится  к одному из весьма распространенных строительных материалов. Древесные  материалы применялись в строительстве с глубокой древности. Еще в XII...XIII вв. русскими зодчими были созданы замечательные сооружения из древесины – мосты, стеновые укрепления, великолепные по архитектурной выразительности и долговечности здания. Некоторые из них сохранились и до сих пор как памятники архитектуры.

В XVIII...XIX вв. древесина  оставалась одним из основных строительных материалов в России.

Основные лесные массивы произрастают в России главным  образом в Сибири и на Дальнем  Востоке. Это огромная общественная ценность, определяющая климатические условия в стране, сохраняющая здоровье человека.

Древесина обладает рядом положительных свойств. К  достоинствам этого материала, объясняющим  причины широкого использования  ее в строительстве, относятся, во-первых, достаточно высокая прочность – при сжатии предел прочности составляет 35...70 МПа, при растяжении и изгибе пределы прочности, равны 80...120 МПа; во-вторых, легкость – средняя плотность древесины составляет примерно 400...600 кг/м³ (у самых распространенных пород – сосны, ели, лиственницы, дуба).

Сочетание высокой  прочности и легкости обеспечивает высокий коэффициент конструктивного  качества (ККК) древесины. Этот коэффициент  равен отношению предела прочности  при сжатии материала к его  средней плотности. У древесины этот коэффициент равен 0,7 и выше, тогда как у кирпича 0,06...0,15, у стали марок 3 и 5 – от 0,5 до 1,0.

Высокие показатели ККК у пластмасс. Низкая теплопроводность (особенно поперек волокон); высокая  химическая стойкость в отношении  кислот и щелочей; технологичность при использовании: гвоздимость, легкая обрабатываемость, надежная склеиваемость и т. д.; красивый внешний вид дерева делают его эффективным отделочным материалом.

Но древесина  обладает и некоторыми недостатками, ограничивающими области ее применения: анизотропностью, т. е. неоднородностью ее структуры и свойств в разных направлениях; повышенной гигроскопичностью. Оба эти недостатка приводят к неравномерному набуханию, короблению и растрескиванию пиломатериалов из древесины. К недостаткам относятся также загниваемость в переменно-влажностных условиях; легкая возгораемость, наличие разнообразных пороков, снижающих сортность древесных материалов. Большинство этих недостатков возможно преодолевать техническими мероприятиями и созданием благоприятных условий при эксплуатации конструкций из древесины.

 

1 СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

 

Древесина – это материал, получаемый из срубленного и очищенного от коры и ветвей ствола дерева. Следует отметить, что этот материал является самым широко применяемым и излюбленным в домашних работах (и не только в них). Деревья разных пород в основном делятся на лиственные и хвойные. Свойства древесины определяются породой дерева, ее строением и тем, к какой части ствола она относится. Для плотничных и столярных работ лучше всего применять древесину хвойных пород: она хорошо строгается, прочно склеивается, красится, не коробится и не рассыхается.

Строение ствола изучают по трем основным разрезам: поперечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола (рис. 1).

Рисунок 1 –  Главные разрезы ствола дерева:

1 – поперечный (торцевой), 2 – радиальный, 3 – тангенциальный

 

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным  глазом или через лупу можно различить  следующие основные его части: кору, камбий, древесину и сердцевину (рис. 2).

Рисунок 2 –  Поперечный разрез ствола:

1 – сердцевина, 2 – сердцевинные лучи, 3 – ядро, 4 – пробковый слой, 5 – лубяной  слой, 6 – заболонь, 7 – камбий, 8 – годичные слои

 

Сердцевина – узкая центральная часть ствола, представляющая рыхлую ткань. Сердцевина совместно с древесной тканью первого года развития дерева образует сердцевинную трубку. На торцовом разрезе имеет вид темного (или другого цвета) пятнышка диаметром 2–5 мм. На радиальном разрезе сердцевина видна в виде прямой или извилистой темной узкой полоски. Она может быть круглой овальной, треугольной (ольха), четырёхугольной (Ясень), пятиугольной (тополь) и зубчатой (дуб).

Кора покрывает дерево сплошным кольцом и состоит из внешнего коркового слоя и внутреннего слоя – луба, который проводит воду с органическими веществами, выработанными в листьях, вниз по стволу. Кора предохраняет дерево от механических повреждений, резких перемен температуры, насекомых и других вредных влияний окружающей среды.

Вид и цвет коры зависят от возраста и породы дерева. У молодых деревьев кора гладкая, а с возрастом в коре появляются трещины. Кора может быть гладкой (пихта), чешуйчатой (сосна), волокнистой (можжевельник), бородавчатой (бересклет). Цвет коры имеет множество оттенков, например белая у березы, темно-серая у дуба, темно-бурая у ели. В зависимости от породы, возраста дерева и условий произрастания у наших лесных пород кора составляет от 6 до 25 % объема ствола. Кора многих древесных пород имеет большое практическое применение. Она используется для дубления кож, изготовления поплавков, пробок, теплоизоляционных и строительных плит. Из луба коры делают мочало, рогожи, веревки и др. Из коры добывают химические вещества, применяемые в медицине. Кора березы служит сырьем для получения дегтя. Между корой и древесиной располагается очень тонкий, сочный, не видимый невооруженным глазом слой - камбий, состоящий из живых клеток.

Ежегодно в  вегетативной период камбий откладывает  в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большом объеме, - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осенью.

В раннем возрасте древесина состоит из заболони, по мере роста анатомические компоненты закупориваются, отмирают живые ткани в центральной зоне, откладываются экстрактивные вещества и образуется ядро. Внутренние элементы консервируются и таким образом ядро имеет большую стойкость к загниванию. При этом у отдельных пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза. граб), у других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница. сосна). Темноокрашенная часть ствола называется ядром, а светлая периферическая – заболонью.

В каждый год  жизни дерева образуется одногодичное кольцо. Весной клетки дерева менее плотны и прочны (ранняя древесина), чем летом и осенью (поздняя древесина); кроме того, первые более светлого цвета. В центральной части ствола расположена сердцевина из рыхлой ткани, окруженная кольцами. Ядро находится в середине и отличается наибольшей плотностью, стойкостью против загнивания, а также более темным цветом, чем внешняя часть – заболонь, которая менее ценна, чем ядро. Однако не все деревья имеют такую внутреннюю структуру.

Древесину классифицируют следующим образом.

Ядровые: сосна, лиственница, дуб, ясень – имеющие светлую заболонь и темное ядро.

Заболонные: белый бук, клен, береза – нет темного ядра.

Спелодревесные: ель, пихта, красный бук, липа; у этих деревьев древесина не делится на ядро и заболонь, но внутренние слои более прочные и спелые, как и у ядровых пород.

Породы, имеющие  ядро, называют ядровыми. В других породах, где отмирание не сопровождается потемнением такие породы называются безядровыми. В том случае, когда  центральная часть ствола отличается меньшим содержанием воды, т.е. является более сухой, ее называют спелой древесиной, а породы – спелодревесными (ель, пихта, бук, осина, граб). Остальные породы, у которых нет различия между центральной и периферической частью ствола ни по цвету, ни по содержанию воды, называют заболонными (берёза, клён, ольха). В безядровых породах бывает тёмный окрас в средней части и это называется ложное ядро. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания. У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других – на 30–35-й год (сосна). Поэтому заболонь у тиса узкая, у сосны широкая. Переход от заболони к ядру может быть резким (лиственница, тис) или плавным (орех грецкий, кедр). В растущем дереве заболонь служит для проведения воды с минеральными веществами от корней к листьям, а ядро выполняет механическую функцию.

 

2 СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ

 

Внешний вид  древесины определяется цветом, блеском, текстурой и макроструктурой. Цвет древесине придают находящиеся  в ней дубильные вещества, смолистые  и красящие вещества, содержащиеся в полостях клеток. Древесина пород, произрастающих в различных климатических условиях, имеет различный цвет: от белого (осина, ель, липа) до черного (Черное дерево). Древесина пород, произрастающих в жарких и южных районах имеет более яркую окраску по сравнению с древесиной пород умеренного пояса. В пределах климатического пояса каждой древесной породе присущ свой особый цвет, который может служить дополнительным признаком для ее распознавания. Так, древесина граба имеет светло-серый цвет, дуба и ясеня – бурый, ореха – коричневый. Под влиянием света и воздуха древесина многих пород теряет свою яркость, приобретая на открытом воздухе сероватую окраску.

Блеск – это способность направленно отражать световой поток. Блеск древесины зависит от ее плотности, количества, размеров и расположения сердцевидных лучей. Особым блеском отличается древесина бука, клена, ильма, платана, белой акации, дуба. Древесина осины, липы, тополя, обладающая очень узкими сердцевинными лучами и сравнительно тонкими стенками клеток механических тканей, имеет матовую поверхность.

Текстура – это рисунок, который получается на разрезах древесины при перерезания ее волокон, годичных слоев и сердцевинных лучей. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистое или путаное). Хвойные породы на тангенциальном разрезе из-за резкого различия в цвете ранней и поздней древесины дают красивую текстуру. Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, клен, каргач, ильм, платан) имеют очень красивую текстуру на радиальном и тангенциальном разрезах. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. Текстура определяет декоративную ценность древесины, что особенно важно при изготовлении художественного паркета, различных поделок, музыкальных инструментов и др.

Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах. Относительная влажность древесины – это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентах. Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находясь в полостях клеток и межклеточных пространствах, называется свободной, или капиллярной, а в клеточных стенках – связанной или гигроскопичной. Различают следующие степени влажности древесины:

- мокрая – длительное время находившаяся в воде, влажность свыше 100%;

- свежесрубленная – влажность 50–100 %;

- воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15-20 %, в зависимости от климатических условий и времени года;

- комнатно-сухая – влажность 8–10 %;

- абсолютно сухая – влажность 0 %.

Удаление влаги  происходит до тех пор, пока она равномерно распределится в древесине и ее влажность будет соответствовать температуре и относительной влажности воздуха. Тоже происходит и при сорбции (поглощении) влаги. Равновесная влажность – среднее значение между устойчивыми влажностями древесины при сорбции (поглощении) и десорбции (испарении), соответствующее определенному сочетанию температуры и влажности окружающего воздуха. Влажность паркета согласно ГОСТ должна составлять (9 ± 3 %). Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной влаги (рис. 3). Усушка по разным направлениям не одинакова. Усушка, которая происходит при удалении всей связанной влаги, называется полной. Чтобы произошла полная усушка, влажность древесины должна снизиться от предела гигроскопичности до 0. В среднем полная линейная усушка в тангенциальном направлении составляет 6 – 10 %, в радиальном 3 – 5 и вдоль волокон 0,1 – 0,3 %.

Рисунок 3 – Древесина до после сушки.

 

Напряжения, которые  возникают без участия внешних  сил, называют внутренними. Причина  образования напряжения при сушке древесины – неравномерность распределения влаги. Внутренние напряжения иногда сохраняются в высушенном материале и служат причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины. Для уменьшения напряжения следует применять высокотехнологичные автоматические сушильные камеры. Сохранившееся после обработки остаточное напряжение можно снять путем дополнительной обработки (механической или увлажнением паром) При высыхании или увлажнении древесины изменяется форма поперечного сечения доски. Такое изменение называется короболением.

Древесина любой  породы имеет свойство коробиться и  набухать под влиянием тепла и  влажного воздуха; древесина, как говорят, дышит. Это может происходить в трех направлениях:

1) в продольном направлении (т. е. вдоль ствола) древесина дышит очень мало, и величина деформации (усушки либо набухания) составляет 0,1 – 0,3 %, что несущественно для работы;

2) в радиальном  направлении – около 5 %; это заметная величина;

3) в направлении  годовых колец, т.е. тангенциально (по касательной) к ним величина усушки может составлять 10 – 12 %, что очень важно учитывать при работе с деревом.