Годичные слои на всех разрезах древесины сосны хорошо просматриваются, сердцевинные лучи не видны, сосуды отсутствуют. Ядро розовое или буро-красного цвета, заболонь широкая желтовато-бурая. Древесина сосны прямослойная, смолистая, легкая, достаточно прочная и хорошо поддаётся обработке. Ранняя зона годичного слоя имеет светлый цвет, поздняя - темный цвет.
Сердцевинные лучи на поперечном разрезе древесины хорошо видны. Они выглядят в виде светлых пятнышек на темноокрашенной поздней части годичных колец древесины. На продольных разрезах можно заметить много крупных темных черточек (окраска темнее древесины) - это продольные смолянистые ходы.
Широкая заболонь имеет желтоватую или бледно-розовую окраску. Заболонь только спиленной сосны может быть желтого цвета, а после сушки приобретает буроватый оттенок. У сосны однообразная текстура, которая определяется главным образом шириной годичных колец, различием в окраске древесины поздней и ранней, а также заболони и ядра. Изгибистые линии годичных слоев порой создают уникальный рисунок.
Ранняя и поздняя древесина очень отличаются по своему строению, поэтому у сосны малая равноплотность . Ранняя зона годичного слоя имеет плотность в два-три раза ниже, чем плотность поздней зоны годичного слоя. В годичном слое содержится в среднем 27% поздней древесины . В одном сантиметре содержится от 4 до 14 годичных слоёв. Это характерно для сосны, произрастающей на территории России. В северных районах России сосны имеют больше годичных слоев.
Физические свойства сосны
Влажность в заболони растущей сосны составляет в среднем 111%, а в ядре - 32%. В верхней части дерева влажность больше, влажность же ядра практически не меняется. Однако, отмечаются суточные и сезонные колебания влажности. Самый большой процент влажности отмечается в утреннее время (в среднем примерно на 20-30% выше), к вечеру она может снизиться до минимума, а к утру опять будет повышаться.Зимой влажность древесины сосны имеет максимальное значение (с ноября по февраль), а летом - минимальное (с июля по август). Как уже говорилось выше, это относится только к заболони, ядро у сосны имеет практически постоянную влажность. Средний показатель влажности в свежесрубленной древесине составляет 85%.
Процесс сушки сосны
В России брёвна и срубы используют для строительства домов. Сушка древесины является одним из наиболее важных этапов подготовки древесины к использованию. Процент усушки - это очень важные параметры. Средний процент усушка для древесины сосны в тангенциальном направлении 6,7% - ранняя часть годичных слоев и 7,5% -поздняя часть. Но так как древесина является гигроскопичным материалом, то когда повышается влажность воздуха, древесина начинает поглощать влагу. Можно сказать, что сам процесс сушки и поглощение влаги - это практически взаимно обратимо. Поэтому характеризуют изменение параметров древесины сосны при изменении её влажности коэффициентом разбухания (процент изменения параметров на процент влажности древесины). В среднем коэффициент разбухания для обыкновенной сосны составляет:- Радиальное направление - 0,18;
- Тангенциальное направление - 0,31;
- Объемный - 0,50.
Плотность превышается по направлению от сердцевины к коре, достигая максимального процента на 2/3 радиуса, после чего идёт снижение. Процент плотности уменьшается и по высоте дерева. Разнообразные удобрения, используемые для ускорения роста сосны, и прочие агрохимические мероприятия способствуют снижению плотности древесины на 5-15%.
Древесина сосны имеет высокие значения воздухопроницаемости и влаго-проницаемости, главным образом, в заболони. При высоком давлении 0,1 Мпа (одна сторона образца) воздухопроницаемость в радиальном направлении - 56,2 куб. мм/кв. см/с (заболонь), 2,6 куб. мм/кв. см/с (ядро). Благодаря достаточно высокой влагопроницаемости, возможно использование различных защитных веществ. Заболонь древесины сосны отлично пропитывается защитными веществами, поэтому эта порода дерева называется легкопропитывающаяся , а ядро - среднепропитывающееся . А труднопропитывающимися считаются ель и лиственница.
Тепловые свойства сосны
Древесина разных пород состоит практически из одних и тех же веществ, поэтому процент теплоемкости древесины не зависит от породы дерева. Рост теплопроводности увеличивается с повышением показателей плотности. Выявить тепловое расширение древесины почти невозможно, ведь оно замаскировано усушкой и влагопоглощением. Теплоизоляционные свойства древесины значительно выше по сравнению с алюминием, который применяется для изготовления окон, и немного выше, чем у ПВХ.Об электрических свойствах древесины
Древесина - это диэлектрик. Совершенно сухая древесина сосны имеет удельное объемное сопротивление продольных волокон - 1,861015 Ом/см, а поперечных - 2,361015 Ом/см. Когда влажность древесины увеличивается, то происходит снижение ее удельного сопротивления.О звуковых свойствах
Древесина сосны имеет достаточно низкую звукоизоляцию. К примеру, 30 миллиметровая перегородка способна снизить уровень шума на 12 дб, при этом, по требованию СНиП должно быть 40 дб.Электромагнитные и проникающие излучения
Светопроницаемость: с помощью чувствительных приборов было обнаружено, что световое излучение может проникать через 35 миллиметровые образцы древесины сосны. Кроме этого, было доказано, что структура и прочность древесины практически не меняется при рентгеновском излучении. По этой причине рентген применяется для дефектоскопии сортиментов. Сейчас древесина успешно используется для экранирования нейтронного излучения. Покрытие из сосны, толщина которого составляет 100 мм, вполне может заменить полиэтиленовую защиту, так как обладает большей термостойкостью и долговечностью.Свойства механические
Самые лучшие прочностные свойства имеет древесина сосен, которые произрастают в северных районах России. Сосна, среди хвойных пород по показателям прочности уступает лишь кавказской пихте.Степень прочности: Сосна - это мягкая порода, следовательно, она обладает довольно низкой износостойкостью. Такая древесина плохо держит крепление (гвозди, шурупы). Стоит сказать, что в сравнении - граб имеет этот показатель выше в четыре 4 раза.
Предел прочности
- при статическом изгибе - 70-92 МПа;
- при растяжении вдоль волокон - 100-116 МПа;
- при сжатии вдоль волокон - 40-49 МПа;
- при скалывании вдоль радиальной плоскости - 6,1-7,6 МПа;
- при скалывании вдоль тангенциальной плоскости - 6,6-8,1 МПа; Модуль упругости при статическом изгибе -8,0-13,1 ГПа.
Технологические и эксплуатационные свойства
- ударная вязкость - 28-51 кДж/кв. м;
Твердость
- торцевая - 28-33 Н/кв. мм;
- радиальная - 21-25 Н/кв. мм;
- торцевая - 16-23 Н/кв. мм.
Как и все хвойные породы - сосна плохо гнётся. Однако, благодаря мягкости, она легко поддаётся обработке при помощи режущего инструмента. Для сосны уровень удельной силы резания по сравнению с берёзой приблизительно в 1,7-1,8 раза ниже, а если сравнивать с дубом, то - в 2-2,5 раза ниже. Примерно такое же соотношение в периодах стойкости режущих инструментов (затупление).
В зависимости от влажности и твердости древесины, уширение на сторону может быть разным. Например, для влажной древесины максимальное уширение на сторону - 0,7-0,85 мм, а минимальное для древесины высушенной и твёрдой - 0,4-0,5 мм. Углы заточки зубьев для ленточных и дисковых пил, а так же показатель значения их уширения одинаковый, как для хвойных, так и для лиственных пород деревьев.
Сосна прекрасно поддаётся шлифовке. Микронеровности могут иметь высоту 8- 60 мкм, в то время, как дуб, ясень и клён - до 200 мкм. Как уже было сказано выше, древесина сосны хорошо пропитывается различными защитными веществами, однако в её высокой степени влаго-проницаемости есть и отрицательная сторона - это большой расход материалов для отделочных работ. Помимо этого, перед тем, как наносить лакокрасочное покрытие, требуется обессмоливание, так как древесина сосны содержит довольно много смолы. Для обессмоливание используют растворяющие или обмыливающие смолу вещества, то есть древесина обрабатывается бензином, ацетоном, спиртом и специальными щелочными растворами.
Древесина сосны устойчива к биологическим воздействиям , иначе говоря, она не подвержена поражению грибами. В качестве сравнения стоит сказать, что ель, к примеру, относится к группе среднестойких, а древесина берёзы - к группе слабостойких. Степень биостойкости увеличивается с возрастом дерева. Нижняя часть ствола обладает максимальной стойкостью. Древесина дерева, срубленного в период вегетации, больше подвержена к гниению.
В принципе на механические и эксплуатационно-технологические свойства сосновой древесины не оказывает влияние время рубки деревьев. Процент этих показателей после сушки при помощи высоких температур, существенно понижается. При сушке используются токи СВЧ, которые не причиняют никакого вреда свойствам древесины.
В течение пятнадцати суток прочность совершенно сухой древесины при высокой температуре (80-100 °С) снижается на 5-15 процентов, а за полчаса - на 10-30 процентов. Максимальная прочность мороженой древесины во время сжатия и статического сгибания увеличивается на 35%, при скалывании - на 75%. Но ударная вязкость при этом понижается практически вдвое. Прочность заболони сосны снижается на 10-15% после пребывания её в течение 30 суток в морской воде, при этом, ядро в таких же условиях свои прочностные свойства не меняет. Сосновая древесина обладает такими характерными пороками:
- Образуются гладкие наросты, которые имеют большой процент (по отношению к главной древесине) плотности, усушки, а так же низкий процент прочности.
- Участки древесины, пропитанные смолой - засмолки, появляются из-за повреждения ствола. Засмолки можно заметить на круглых сортиментах по повреждениям на стволе или большому количеству смолы. Они имеют более темный цвет, чем основная древесина, и просвечиваются на сортиментах малой толщины. Иногда можно заметить, так называемые, смоляные кармашки, хотя они встречаются реже, чем у ели.
Использование сосновой древесины
Древесина сосны может использоваться в самых разных отраслях. В строительстве древесину используют в качестве материалов для конструкций и отделки. Кроме этого, без древесины сосны не обходится машиностроение, мебельное производство, железнодорожный транспорт и др. Живица добывается из сосны. Хвоя сосны используется для производства биологически активных веществ.В производстве мебели сосна не очень популярна. Обычно, её смолистую и мягкую древесину используют, для изготовлении корпусной мебели. При этом для облицовки соснового каркаса используют толстый шпон более благородных пород (например, красное дерево).
Чаще всего сосну применяют в строительстве саун и лестниц . Но сначала древесину обрабатывают для удаления из неё избытка смолы и уплотнения. Светлые панели из сосны не только очень красивы, но и приятно пахнут. Кроме этого, сосновая древесина недорогая, поэтому производители саун, категории эконом-класса используют именно эту древесину. Для более простых саун, как правило, используют обычную сосну, а для саун элит-класса - канадскую сосну (тсугу).
В статье мы рассказали о строении и свойствах древесины и сферах ее применения. В этой публикации детально описана древесина хвойных пород, от лиственницы до тисса.
Древесина хвойных пород
В строительстве наиболее часто используют древесину хвойных пород из-за ее большей по сравнению с лиственными породами прочности, биостойкости и меньшей себестоимости производства.
Кроме того, стволы хвойных пород имеют более правильную форму с меньшим количеством дефектов. Наиболее популярны среди хвойных в строительстве сосна, ель, лиственница, пихта и кедр .
Можжевельник и тисс для изготовления строительных элементов не применяются. Данные породы ценятся как хороший отделочный материал и используются в основном для производства столярных изделий и мебели.
Лиственница
Лиственница (Larix) – хвойное дерево из рода Larix семейства сосновые (Pinaceae). Отличается долговечностью, доживает до 900 лет и более и достигает высоты 45 м при диаметре ствола 80–180 см. В природе встречается на востоке и северо-востоке европейской части России, на Урале, в Западной и Восточной Сибири, на Алтае и в Саянах.
Это самая распространенная в России порода. Она составляет 2/5 от покрытой лесом площади. Порода ядровая со смоляными ходами. Имеет красивую текстуру. Годичные слои хорошо выделяются на всех разрезах. Заболонь узкая, белого цвета с легким буроватым оттенком. Ядро красновато-бурое, резко отличается от заболони. Сердцевинные лучи не видны, смоляные ходы мелкие, немногочисленные.
Древесина содержит эфирные масла (пинен), обладает довольно сильным приятным запахом и включает биофлавоноиды и фитонциды – микроскопические летучие вещества, которые испаряются в течение всего срока эксплуатации и положительно влияют на здоровье, предотвращая простудные и вирусные заболевания.
– отличный строительный материал, поскольку обладает высокой плотностью и прочностью, в ней мало сучков, она относится к группе биостойких (не поддается гниению и поражению грибами). Лиственница прочная, упругая, твердая, долговечная, хорошо противостоит гнили и насекомым. Длительное воздействие воды приводит к повышению твердости лиственницы, потому и использовали ее для строительства мостов и причалов. На лиственничных сваях стоят все венецианские постройки.
Древесина лиственницы легко растрескивается в процессе сушки, раскалывается. Труднее других пород обрабатывается на станке (из-за высокой плотности и смолистости) . Смолистые вещества несколько осложняют строгание, полировку и покрытие лаком, но в целом древесина успешно окрашивается и полируется после соответствующего порозаполнения.
Лучшие деревянные постройки возводятся из этой породы дерева. Она используется для изготовления столярных изделий, оконных рам и для напольных покрытий.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – 650–800 кг/м3.
Сосна
Сосна (Pinus) . Евроазиатская древесная хвойная порода, произрастает на территории от Шотландии до Восточной Сибири. Занимает около 1/6 площади всех лесов России. Живет 400–600 лет и в зрелом возрасте (120–150 лет) достигает высоты около 30 м. Наиболее распространена сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) .
Порода является самым популярным строительным материалом, поскольку имеет наиболее прямой, ровный ствол. Сосна хорошо пропитывается антисептиками.
Порода ядровая, со смоляными ходами, мягкая, умеренно легкая, механически прочная, непластичная. Она хорошо обрабатывается и отделывается.
Имеет слегка розоватое ядро, которое со временем становится буровато-красным, широкую заболонь от желтоватого до розового цвета, хорошо видимые годичные слои с четкой границей между ранней и поздней древесиной, довольно крупные и многочисленные смоляные ходы.
Древесина средней плотности, средней твердости, достаточно высокой прочности и стойкости к загниванию, хорошо обрабатывается, относительно хорошо склеивается. Широко используется в строительстве, машиностроении, мебельном и тарном производстве, на железнодорожном транспорте, для крепления горных выработок и др.
Применяется как сырье для химической переработки с целью получения целлюлозы, кормовых дрожжей; лесоматериалы из сосны в больших количествах экспортируются.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – от 460 до 620 кг/м3.
Ель обыкновенная
Ель обыкновенная (Picea abies) – вечнозеленое хвойное дерево семейства сосновые (Pinaceae) , высотой 20–50 м, с конусовидной кроной и шелушащейся буровато-серой корой. Живет до 300 лет. Ствол круглый, прямой.
Растет на влажных местах, на богатых суглинистых почвах, поднимаясь в горы на высоту до 1800 м над уровнем моря (образует чистые ельники). Широко распространена в Центральной, Северной и Северо-Восточной Европе выше 69° северной широты, к северу от Пиренеев до России и Скандинавии.
Другие виды: ель аянская (Picea ajanensis), ель корейская (Picea koraiensis), ель сибирская (Picea obovata) .
Ель – безъядровая спелодревесная порода. Древесина белая с желтоватым оттенком, малосмолистая. Устойчива к трещинообразованию. Годичные слои хорошо заметны. По прочности, плотности и стойкости против гниения ель нисколько не уступает сосне. Однако обрабатывать ее, по сравнению с сосной, более затруднительно из-за большого количества в ней сучков и их повышенной твердости.
Ель очень восприимчива к поражению насекомыми.
Древесине ели характерна наибольшая величина акустической константы, которая характеризует излучение звука. Из коры ели получают дубильные вещества. Древесина мягкая, легко обрабатывается, полируется, а также покрывается лаками. Применяется в тех же областях, что и сосна, но особенно в целлюлозно-бумажной промышленности и при производстве музыкальных инструментов.
Кедр
Кедр (Cedrus) – род хвойных вечнозеленых деревьев семейства сосновые. Достигает высоты 36 м или несколько более и диаметра 1,5 м. Растет в горах на высоте 1300–3600 м, образуя кедровые леса. Распространен в Атласских горах, в северо-западной Африке (кедр атласский), в Ливане, Сирии и Киликийском Тавре в Малой Азии (кедр ливанский), на острове Кипр (кедр короткохвойный) и в западных Гималаях (кедр гималайский). В Европе кедр часто выращивается в садах и парках.
У всех видов кедра древесина сходна по цвету. Светло-коричневое или желто-коричневое ядро, при атмосферных воздействиях приобретающее однородный коричневый цвет, отличается от узкой заболони беловатой окраски.
Смолистая (маслянистая), с острым кедровым запахом. Годичные слои четко выделяются за счет контраста между зонами ранней и поздней древесины. Текстура среднего размера. Волокна обычно прямые, хотя прямослойность чаще встречается у кедра гималайского . На продольных разрезах этого кедра видны неравномерные коричневые линии, образуемые частыми тангенциальными рядами травматических смоляных ходов. Устойчив к повреждениям грибами и насекомыми.
Древесина кедра мягкая, легко обрабатывается во всех направлениях. Кедр сохнет быстро и без больших проблем. Перед финишными работами необходимо удалить смолу.
На территории Урала и Сибири кедр использовался в качестве отделочного материала для жилищ. В Тобольске, Тюмени и Туринске сохранились здания, украшенные резными наличниками из его древесины. Кедр также применяли для изготовления столярных изделий.
Сегодня он используется только для эксклюзивных внутренних работ, при отделке яхт и декорирования интерьеров и для изготовления деревянных домов из бревна (чаще всего ручной рубки).
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 580 кг/м3 .
Пихта белая и пихта кавказская
Пихта белая (Abies alba) . Хвойное вечнозеленое растение семейства сосновые, высотой 30–50 м, с узкопирамидальной кроной. Ствол диаметром до 150 см, с бело-серой гладкой корой. Места произрастания – горы южной, средней и западной Европы, предпочитает очень плодородные почвы.
Пихта очень похожа на ель, но в отличие от нее у пихты нет смоляных накоплений. Цвет древесины изменяется от желтовато-белого до красновато-белого с серым оттенком. Стволы пихты часто страдают от атмосферных загрязнений, насекомых, животных, объедающих молодые побеги.
Легко обрабатывается, хорошо покрывается большинством лаков и красок. Дерево мягкое, среднеустойчиво к погодным воздействиям и неустойчиво к грибкам и вредителям.
Объемный вес в воздушно-сухом состоянии – около 450 кг/м3.
Пихта кавказская (Abies nordmanniana) по своим физико-механическим свойствам ни в чем не уступает ели в отличие от пихты сибирской, которая обладает меньшей плотностью и прочностью. Применяется для изготовления древесных конструкций, музыкальных инструментов, часто используется вместе с елью в производстве мебели.
Очень распространена в домостроении (особенно пихта кавказская). Раньше из пихты (наряду с елью) изготавливали гонт, которым покрывали крышу. Сейчас это в основном дверные и оконные блоки, полы, плинтусы, фризы и много других изделий.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 450 кг/м3.
Можжевельник
Можжевельник (Juniperus) . Большинство можжевельников – кустарники, но в южной Карелии встречаются и древовидные формы высотой до 12 м и диаметром 16 см. Единственный представитель семейства кипарисовые (Cupressaceae) в северных лесах. Встречается как в сухих сосновых борах на песчаной почве, так и в еловых лесах, избыточно увлажненных и даже заболоченных.
Растет медленно, морозоустойчив, светолюбив. Плохо переносит дым и копоть. Распространен в северной и средней части европейской территории России, в Западной Сибири, заходит в Восточную Сибирь.
Можжевельник – ядровая порода. Около коры расположена узкая светло-желтая полоса заболони, образующая волнистое кольцо неправильной формы. Внутри кольца красно-коричневая древесина ядра. Со временем заболонь становится темно-желтой с зеленоватым оттенком, а ядро приобретает красивые оливково-голубые оттенки. На торцевом срезе можжевельника четко различаются годичные слои. Текстура красивая, с красноватым оттенком, иногда полосатая или волнистая. Особенно эффектна в поперечном срезе.
Можжевельник, в отличие от других хвойных деревьев, не имеет смоляных ходов, поэтому он легко принимает различные красители и легко полируется. Крепкая, тяжелая и плотная древесина можжевельника хорошо обрабатывается различными режущими инструментами. Срезы получаются чистыми и глянцевитыми.
У древесины можжевельника незначительная усадка, при намокании она практически не разбухает. Ее можно с успехом применять для очень тонкой плоскорельефной и объемной резьбы, из нее мастерят небольшие декоративные изделия, трости, скульптуры, мелкие поделки и игрушки. Торцевые срезы применяются в инкрустации.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 920 кг/м3.
Тисс
Тисс (Taxus) – очень древняя порода. Вечнозеленое хвойное дерево из семейства тиссовые (Taxaceae), высотой около 20 м (наибольшая известная высота – 27 м), толщина ствола – 1 м. Крона широкораскидистая, очень густая. Хвоя мягкая, плоская, темно-зеленая, расположена на веточках в два ряда.
Тисс ягодный и тисс остроконечный
Тисс ягодный (Taxus baccata) произрастает в горах Кавказа и Крыма. Его нередко называют европейским, поскольку он встречается почти во всей Западной Европе. Ареал тисса ягодного охватывает, кроме того, районы Западной Белоруссии (Беловежская пуща), Западной Украины (Буковина), Южного Крыма, Кавказа, а также Азорские острова, горы Алжира, Малой Азии и Сирии.
Второй вид – тисс остроконечный, или дальневосточный (Taxus cuspidata) , распространен в Приморском крае и на Сахалине. Древесина твердая и тяжелая, почти не поддается гниению. Иногда на тиссе наблюдаются наплывы, густо покрытые очень короткими побегами с бледной хвоей.
Продолжительность жизни тисса ягодного до 1500 лет, а иногда и до 3–4 тыс. лет. Заболонь и сердцевина древесины тисса сильно отличаются друг от друга. Цвет сердцевины – от красно-коричневого до оранжево-коричневого.
Характерная примета древесины тисса – крошечные черные точки, в идеале сгруппированные на поверхности. Годичные слои извилистые и выглядят как широкие, темные кольца.
Тисс легко сушится и обрабатывается. Его древесина токсична, и поэтому ее обработка должна проводиться с особой осторожностью. Она имеет красивую текстуру и используется для изготовления мебели и как отделочный материал, очень прочна и идет на различные столярные поделки.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 620 кг/м3.
______________________________________________________
На торцевом срезе древесины сосны хорошо заметны годичные слои, так как летняя часть слоя имеет более темную окраску, чем ранняя, весенняя. Это происходит потому, что весенние трахеиды тонкостенные, с большой внутренней полостью, заполненной водой, а в летней древесине трахеиды имеют толстые стенки, узкую внутреннюю полость, в этой древесине появляются смоляные ходы.
Физические свойства
К физическим свойствам древесины относятся ее плотность, влажность, теплопроводность, звукопроводность, электропроводность, стойкость к коррозии (то есть способность противостоять действию агрессивной среды), а также ее декоративные качества (цвет, блеск, запах и текстура). – это отношение ее массы к объему, измеряемой в г/см3 или кг/м3. Зависит этот показатель от , возраста, условий роста, ее влажности. Нет необходимости вдаваться в подробности изучения данного показателя; достаточно знать, что древесина, отличающаяся большей плотностью, служит гораздо дольше и менее подвержена необратимым изменениям, чем менее плотная (однако следует учесть, что для чистоты сравнительного анализа измеряют на образцах влажностью 15 %). Самая большая плотность у дуба, далее по убывающей следуют: , клен, лиственница, бук, орех, сосна, липа, ель, пихта.
Влажность лесоматериалов, используемых в строительстве и при изготовлении деревянных изделий, является показателем ее качества и долговечности. На практике различают: комнатно-сухую древесину, с влажностью 8–12 %; воздушно-сухую искусственной сушки, с влажностью 12–18 % (эти два вида древесины получают путем сушки пиломатериалов в сушильных камерах); атмосферно-сухую естественной сушки, с влажностью 18–23 % (получают в результате продолжительного хранения лесоматериалов, уложенных штабелями на прокладках в сухих, проветриваемых помещениях или под , без допуска воздействия прямых солнечных лучей), влажную древесину, с влажностью более 23 %.
Чем меньше показатель влажности древесины, тем меньше она подвержена гниению. Однако не следует стремиться использовать лесоматериалы наименьшей влажности. Дело в том, что очень гигроскопична: она легко отдает переизбыток влаги при повышении температуры и уменьшении влажности окружающей среды и с такой же легкостью впитывает влагу при снижении температуры и повышении влажности окружающей среды. Это неминуемо приводит: в первом случае – к усушке древесины (уменьшению ее объемных размеров); во втором случае – к ее разбуханию (увеличению объемных размеров). И усушка, и разбухание изменяют объемные размеры деревянной детали неодинаково в различных направлениях; результат этого – коробление древесины, деформация деревянных конструкций, что в конечном счете приводит их в негодность. Самый простой способ предупреждения коробления – , влажность которой в момент использования соответствует эксплуатационной влажности.
Теплопроводность, звукопроводность. Деревянные или бруса хорошо удерживают тепло. Здоровая древесина способна хорошо распространять звук вдоль волокон: если после удара по комлевой части бревна, доски или бруса слышится чистый звенящий звук, то это говорит о высоком качестве древесины; прерывистый, глухой звук свидетельствует о ее загнивании.
Коррозионная стойкость древесины очень важна для строений и изделий, из нее изготовленных, особенно тех, которые эксплуатируются в основном под открытым небом.
Следует отметить, что хвойные породы более стойки к коррозии по сравнению с лиственными, поскольку хвойная древесина пропитана природными смолистыми веществами.
Цвет, блеск, запах и текстура являются физическими свойствами древесины, позволяющими визуально определить ее породу.
Цвет способен указать на качество. Например, синеватая окраска хвойной древесины свидетельствует о начальной стадии загнивания (цвет здоровой сосны – от коричневато-желтого в зонах, насыщенных смолой, до светло-желтого; цвет ели – от светло-желтого до белого); черные и темно-коричневые пятна на буковой древесине – признак загнивания (цвет здорового бука – от желто-бежевого до розовато-бежевого).
Свидетельствовать о пороках древесины может и изменение запаха: если в помещении, где хранится древесина бука, ощущается стойкий запах прелой листвы, а запах в помещении, где хранятся сосновые лесоматериалы, затхлый, – это явный признак процессов гниения.
Текстура древесины зависит от распила, а механическая прочность тех или иных досок или брусков зависит от вида разреза (рис. 6).
Рис. 6. Составные части поперечного распила ствола и текстура древесины на трех разрезах: а – составные части поперечного распила ствола: 1 – лубяной слой коры; 2 – камбий; 3 – заболонь; 4 – ядро; 5 – сердцевина; 6 – сердцевидные лучи; б – текстура древесины сосны на трех разрезах: 1 – на поперечном; 2 – на радиальном; 3 – на тангентальном.
Но и цвет, и блеск, и текстура имеют чисто декоративное значение.
Древесина
Имеет волокнистую структуру, и свойства ее во многом определяются плоскостью среза. Выделяют три основных среза: поперечный, или торцевой (поперек волокон), радиальный - по оси ствола и тангенциальный - также вдоль ствола, но не в осевой плоскости.
Следует иметь в виду, что бруски и доски радиального среза меньше подвержены короблению. Ниже приведены краткие характеристики основных пород древесины. Сосна - наиболее широко используемая порода . Ее достоинства - легкость и достаточно высокая прочность, недостатки - сучковатость, смолистость и трудность декоративной отделки. Применяют сосну для изделий идущих под оклейку шпоном ценных пород, под отделку текстурованной бумагой, и для деталей, не требующих отделки. Ель - по прочности уступает сосне. Ее достоинство - равномерный белый, долго сохраняющийся .
Ель обладает меньшей смолистостью, поэтому лучше, чем сосна, поддается склеиванию и отделке. - однородна по строению, прочна и очень хорошо отделывается. Благодаря белому цвету она легко окрашивается даже в самые нежные тона. Ее отделывают под орех, красное и черное дерево.
Недостаток березы - деформация под влиянием переменной влажности воздуха. Ольха - имеет однородную структуру, мягка очень хорошо поддается обработке, а также отделке под орех, красное дерево, мореный клен. Бук - вязкая и довольно твердая порода древесины, но дает значительную усушку и сильно коробится. Буковый шпон имеет красивую структуру, легко отделывается и широко применяется для фанерования изделий из сосны и ели. Дуб - твердая и прочная порода.
Применяется для изготовления наиболее ответственных деталей, несущих значительные механические нагрузки. Красивый рисунок и цвет позволяет использовать дуб для отделочных работ. Особенно ценится мореный дуб, имеющий темную окраску. Для получения гладкой поверхности необходима тщательная обработка - покрытие порозаполнительными составами с последующей полировкой, однако основной обработкой деталей из дуба считают вощение и лакирование.
Строение древесины.
Сделав поперечный срез, можно наиболее четко рассмотреть строение древесины. Каждый брусок необтесанного дерева имеет кору; Кора - это кожа дерева, которая не используется в работе, и ее обязательно нужно снимать. Под корой располагается зона роста дерева (камбий), которая практически неразличима невооруженным глазом.
На свежем спиле с растущего дерева слой камбия представлен очень хорошо. После того как кора будет снята, откроется тонкая прослойка влажной, ткани зеленоватого цвета - это камбий. За ним расположена древесина с годичными кольцами, которую еще называют заболонью. В центре каждого дерева есть ядро, которое по цвету может сливаться с заболонью или иметь более темный цвет.
В зависимости от этого разделяют заболонные , где ядро не имеет ярко выраженной структуры и клетки расположены так же плотно, как ив заболони, и ядровые, где, соответственно, ядро хорошо различимо. Иногда заболонные породы древесины называют безъядровыми.
К ядровым древесным относятся все хвойные (сосна, кедр, ель, тис, лиственница), и некоторые лиственные (дуб, тополь) породы.
Большинство лиственных пород составляют ряд заболонных, или безъядровых: , граб, ольха, клен.
Основные части ствола и его главные разрезы: 1 - кора; 2 - заболонь; 3 - ядро; 4 - сердцевина; разрезы: I - торцовый; II - радиальный; Ш - тангентальный
Породы древесины: а - заболонные; б - ядровые
Кроме микроструктуры древесины, то есть плотности расположения древесных клеток, на создание композиции и возможность использования того или иного бруска в работе влияет макроструктура древесины, представленная годичными кольцами и сердцевинными сосудами.
К макроструктуре также относится наличие различных сучков, наростов и неразвившихся побегов (глазков), которые отклоняют годичные кольца и образуют различные свилеватости.
Древесина, где наиболее четко различимы годичные кольца, горизонтальные и вертикальные сосуды, представляется наиболее интересной для обработки.
Структура древесины
Древесина представляет собой очень неоднородное по своему составу и пространственной структуре образование. Располагаясь между корой и сердцевиной, древесина прирастает, утолщая ствол, из так называемого камбия - особой образовательной ткани, очень тонкой, не видимой глазом, располагаемой между (корой).
В камбии путём деления клеток рождаются новые живые сильно удлинённые вдоль ствола клетки (прозенхимные, то есть волокноподобные) длиной в среднем 3,5 мм и толщиной 0,05 мм у сосны и длиной 1,2 мм и толщиной 0,02 мм у берёзы. Эти клетки содержат (как и все клетки растений) внутри себя жидкую цитоплазму с ядрами, вакуолями, митохондриями, хлоропластами и т. д. 
По мере нарастания новых внешних слоев клеток, клетки во внутренних слоях постепенно умирают из-за образования в их стенках за счёт химического действия ферментов громадного количества пор (перфораций) и тем самым превращаются в так называемые трахеиды - элементы вертикальных сквозных каналов, способных проводить через себя питательные водные растворы по стволу из корней в крону дерева.
В процессе эволюции у многих деревьев (в частности, у берёзы) возник новый тип проводящих элементов - трахеи (сосуды), образованные из множества члеников длиной (0,2-0,5) мм, подобных трахеидам, но перфорированных на концах для улучшения водопроведения.
Соединяясь между собой, тысячи члеников образуют сквозную вытянутую вверх трубку с диаметром обычно много больше диаметра трахеид. Хвойные породы состоят только из трахеид, лиственные же породы деревьев состоят из очень многочисленных мелких трахеид и малочисленных, но крупных сосудов (трахей).
Помимо прозенхимных (удлиненных и обычно мёртвых) клеток древесина содержит значительное (до 5% в хвойных и до 10% в лиственных породах) количество паренхимных (живых неудлиненных, обычных) клеток, обладающих свойствами синтеза, накопления и потребления (белков, смол, терпенов, эфирных масел) и образующих сердцевинные лучи, смоляные ходы и т. п. Максимальная активность камбия наблюдается весной во время сокодвижения. Клетки при этом образуются крупные (иными словами, ранние трахеиды имеют большое поперечное сечение). После образования листьев деятельность камбия затухает, а к осени прекращается.
Поэтому осенние (поздние) трахеиды мелкие, имеют на срез более тёмный вид и поэтому часто отчётливо видимы глазом как концентрические окружности - годичные кольца (слои прироста). По количеству годичных колец определяют возраст дерева. В тропических регионах, где зима и лето не отличаются по температуре, годичные кольца на деревьях отсутствуют. Наличие годичных колец, их извилистость, отличие на южной и северной сторонах ствола являются ценнейшим декоративным свойством древесины. На топливные же свойства годичная структура не влияет, важен лишь диаметр трахеид и сосудов. Если трахеиды мелкие - древесина плотная, тяжёлая, легко колется (берёза, дуб, лиственница, бук, ясень, граб).
Если трахеиды крупные - древесина рыхлая, лёгкая, вязкая при распиле и расколе (сосна, ель, пихта, липа). Высушенная стенок прозенхимных клеток трахеид и сосудов (составляющих по массе 93% у сосны и 65% у берёзы) и некоторой доли паренхимы в виде смол и пахучих веществ. Именно стенки клеток трахеид (как конструкционный скелет) представляют собой дрова как топливо.
Напомним, что стенки прозенхимных клеток состоят из срединной пластинки и примыкающих к ней с обеих сторон первичных оболочек, состоящих из микрофибрилл (мицелл) - пучков из 30-40 полимерных молекул целлюлозы, каждая из которых состоит по длине из тысяч звеньев (колец) мономера.
Микрофибрилла представляет собой набухающее в воде лентоподобное образование длиной несколько микрометров (тысячных долей миллиметра) и длиной несколько нанометров (миллионных долей миллиметра). Вторичная оболочка состоит из трёх слоев, образованных фибриллами - пучками микрофибрилл.
Фибриллы имеют поперечные размеры около 400 нанометров. Зазоры между фибриллами и между микрофибриллами очень маленькие (менее 1 нм), что и обуславливает гигроскопичность древесины. По мере взросления клетки её стенки пропитываются лигнином, и наступает её одревеснение - повышение плотности, твёрдости, снижение пластичности.
Лигнин - природный полимер с плотностью 1250- 1450 кг/м3, аморфное вещество жёлто-корчневого цвета, образующееся в результате полимеризации различных ароматических спиртов, нерастворимое в воде и органических растворителях, но переводимое в растворимое состояние в растворах гидросульфита (технология получения целлюлозы сульфитным методом).
Лигнин осаждается между микрофибриллами целлюлозы и схватывает их в . Аналогичную роль играют гемицеллюлозные легкогидролизуемые полисахариды, также цементирующие клеточную стенку.
Так что, если живой ветке (или стволу) дерева придать принудительно какую-либо фиксированную форму изгибом (например, круга или зигзага), то по мере роста этой ветки в деформированном состоянии, она одеревенеет (то есть стенки клеток пропитаются лигнином и гемицеллюлозами) и сохранит эту заданную форму навсегда, что может быть положено в основу технологии (изготовление фигурных изделий). В реальной древесине всегда содержится вода - так называемая свободная внутри полостей клеток (трахеид, сосудов) и так называемая связанная в стенках клеток (в набухших микрофибриллах).
Количество связанной воды составляет обычно 30% от массы абсолютно сухой древесины. При удалении влаги из стенок клеток (при влажности древесины менее 30%) стенки клеток начинают усыхать - сжиматься и деформируются. В результате древесина даёт усушку (усадку) с уменьшением линейных размеров в основном поперёк волокон (трахеид).
На торцевом срезе древесины сосны хорошо заметны годичные слои, так как летняя часть слоя имеет более темную окраску, чем ранняя, весенняя.
Это происходит потому, что весенние трахеиды тонкостенные, с большой внутренней полостью, заполненной водой, а в летней трахеиды имеют толстые стенки, узкую внутреннюю полость, в этой древесине появляются смоляные ходы.
Центральная часть сосны называется ядром и состоит из мертвых клеток. Водный ток в ядре отсутствует. Древесина ядра у сосны окрашена в бурый цвет.
Внешнее кольцо древесины (30-40 годичных слоев) с проводящими воду трахеидами называется заболонью, величина которой зависит от возраста соснового дерева, условий лесопроизрастания и других природных факторов. В перестойных сосняках заболонь относительно всей всегда меньше, чем у приспевающих и спелых древостоев сосны.
Радиальный срез древесины сосны содержит сердцевинные лучи в виде узких полосок, они идут от середины ствола в кору (от центра ствола к периферии) и состоят из живых паренхимных клеток с тонкими стенками. В паренхимных клетках сердцевинных лучей откладываются запасы питательных веществ (крахмал, жиры), поступающих сюда из клеток луба.
Первичными называются сердцевинные лучи, идущие от сердцевины, а вторичными образуемые камбием в процессе дальнейшего роста дерева- Те и другие имеют большое значение при образовании и функционировании смолоносной системы в сосновом дереве.
Самым распространенным деревом во всем мире является сосна. Ее можно встретить в разных странах и климатических зонах. Всего насчитывают около 120 видов, и более 50 пород произрастает в России, но чаще всего можно встретить сосну обыкновенную. Сосновые деревья достигают в высоту 20-40 м, в диаметре - 40-60 см, иногда метр, а их возраст составляет 300-500 лет. Исключением является американская сосна-долгожитель, произрастающая в Неваде, которая растет уже около 4700 лет.
Как правило, рубку сосновых деревьев производят в возрасте 100-120 лет. Их преимуществом является быстрый рост, который зависит от температуры воздуха и количества осадков. При благоприятных условиях годовой прирост составляет до метра в высоту. Самым лучшим для строительной сосны считается климат северной полосы. У деревьев, произрастающих в этой зоне, небольшое межкольцевое расстояние и, соответственно, меньшая рыхлость и склонность к растрескиванию. Поэтому ценными считаются архангельская, карельская и ангарская сосны.
Годичные слои хорошо видны на сосновой древесине. Их ширина в среднем составляет 3 мм, однако может варьироваться от 1 до 10 мм. Граница между разными слоями очень четкая, при этом сердцевидные лучи выражены слабо, сосудов нет. Благодаря разному цвету ядра (от светло-розового до красновато-коричневого) и заболони (желтый или розоватый), их легко отличить друг от друга. Будучи хвойным деревом, сосна имеет смолу, поэтому на поздней древесине видно много крупных смоляных ходов.
Свойства сосны
Целебные свойства сосны были известны еще в древние времена, поэтому врачи использовали ее для борьбы с легочными заболеваниями - бронхит, пневмония, туберкулез, применяя хвою и смолы для лекарств, а также создавая лечебные санатории в борах. Физико-механические характеристики сосновой древесины способствуют ее использованию для строительства, производства декора и мебели.
Влажность ядра достигает 33% и не меняется по всей длине, а средние показатели наличия ваги в заболони составляют 112% и увеличиваются к вершине.
Плотность считается низкой. При стандартной влажности ее средний показатель составляет 505 кг/куб. м, а плотность полностью высушенной древесины - 480 кг/куб. м.
Усушка колеблется в зависимости от годичных слоев от 6.7% до 7.5%. Увеличение влажности воздуха влияет на коэффициенты разбухания: тангенциальный - 0.31, объемный - 0.5, радиальный - 0.18.
Влаго- и воздухопроницаемость древесины высокая, что позволяет хорошо обработать материал защитными и пропитками.
Теплоизоляция и термостойкость сосны очень высокие, поэтому она хорошо подходит для строительства домов и производства оконных рам. Например, ПВХ и алюминий, используемые для металлопластиковых окон, имеют более низкие теплоизоляционные показатели.
Электрическая проводимость отсутствует, так как сосна является диэлектриком.
Звукоизоляция древесины низкая. При строительстве деревянного дома для обеспечения требований СНиП необходимо делать перегородку от 10 см.
Восприимчивость к излучениям : рентгеновское не имеет воздействия, световое - до 3,5 см, нейтронное - до 10 см.
Несмотря на высокую прочность древесины, сосна считается мягким деревом, которое легко обрабатывается инструментами. Поэтому ее полюбили мастера, создающие мебель и декор. Еще одним плюсом является высокая стойкость к болезнетворным процессам - грибки, плесень, насекомые. Однако высокая влагопроницаемость сосны требует большего количества пропитки. К тому же перед нанесением сосновую древесину нужно обрабатывать щелочным раствором или бензином или спиртом из-за присутствия в ней смолы.
Области применения сосны
Это дерево является очень востребованным в разных сферах благодаря его качествам. Из него изготавливают профилированные и пиленые брусы, оцилиндрованные бревна, обрезные и необрезные доски для строительства. Блок-хаус, фальш-брус и вагонку применяют в качестве отделочных материалов. Например, сосна прекрасно подходит для отделки саун, поскольку помимо красивого внешнего вида источает приятный аромат и лечебные ферменты. Древесина используется для химической переработки, в машиностроении, железнодорожной сфере, горнодобывающей промышленности. Также она применяется для производства тары, а хвоя - биологически активных веществ.
Мебельные предприятия задействуют сосновую древесину в своей работе как основной материал, так и в качестве каркаса, который шпонируют другими породами. На ней легко создавать резные и мозаичные узоры. Она хорошо тонируется, поэтому ей можно придать любой цвет. Мебель из сосны является экологичной, надежной и красивой.
На территории Российской Федерации естественно произрастают и культивируются более 50 видов сосны.
В строительстве используются главным образом сосну следующих видов: обыкновенная, гибкая, смолистая, болотная, корейская.
И в северных и в средних широтах самым распространенным видом является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L). Однако, качество древесины сосны обыкновенной зависит от места произрастания дерева.
Наилучшим материалом для строительства, имеющим превосходные физико-механические свойства, является сосна, произрастающая в северной полосе - ангарская, карельская, архангельская.
Это связано с тем, что на севере зима более длинная, холодная, а лето короткое и сухое, что делает расстояние между годовыми кольцами минимальным (не более 2-х мм). А сосна из средней полосы имеет более широкие кольца (до 10мм) из-за более теплого, влажного и длинного лета, мягкой зимы. Более толстые годовые кольца у сосны придают древесине рыхлость, и следовательно, бревно будет иметь более низкие показатели по прочности, теплоемкости и более высокие по растрескиванию и большему проценту усадки
Для примера: процент усадки архангельского бревна составляет 3-4%; кировского, вологодского бревна - 4-6%; костромского 6-7%; тверского, смоленского, ярославского - до 10%. Поэтому при выборе материала для строительства дома необходимо учитывать все эти моменты.
В зависимости от места и условий роста дерева, ядро сосны (центральная часть ствола) может иметь различную окраску. На более возвышенных, сухих и малоплодородных почвах у сосны формируется мелкослойная плотная древесина, называемая кондовой, которая особенно ценится в строительстве. Кондовая сосна имеет мясо-красное или желто-красное ядро. На плодородных, хорошо увлажненных почвах образуется крупнослойная, менее плотная, мяндовая древесина имеющая ядро бледно-желтоватого цвета. Мяндовая сосна ценится меньше и обладает худшими механическими свойствами.
Технические характеристики сосны
| Характеристика | Значение |
| Плотность | 513кг/м3 |
| Плотность в свежесрубленном состоянии | 625 кг/м3 |
| Жесткость в свежесрубленном состоянии, кг/см2 | 79 |
| Жесткость в сухом виде, кг/см2 | 109 |
| Удельный вес | 0,51 |
| Предел прочности при статическом изгибе, Мпа | 71,8 |
| Предел прочности при сжатии вдоль волокон, Мпа | 34,8 |
| Предел прочности при растяжении вдоль волокон, Мпа | 84,1 |
| Предел прочности при скалывании вдоль волокон, Мпа: | |
| в радиальном направлении | 6,2 |
| в тангенциальном направлении | 6,4 |
| Твердость, Н/кВ.мм: | |
| Торцовая | 23,4 |
| Радиальная | 21,6 |
| Тангенциальная | 20,7 |
| Модуль упругости при статическом изгибе, Гпа | 8,8 |
| Удельная работа при ударном изгибе, Дж/см3 | 1,6 |
| Усушка, %: | |
| В продольном направлении | 0,4 |
| В тангенциальном направлении | 6-8 |
| В радиальном направлении | 3-4 |
Данные при 12% влажности; 1 МПа = 1 Н/мм2
Сравнительные характеристики древесины хвойных пород.
| Название древесины | Устойчивость к гниению | Твердость, кг/см2 | Плотность p15, кг/м3 | Плотность p усл, кг/м3 |
| КЕДР (сосна кедровая) | 200 | 440 | 350 | |
| ЕЛЬ | 4: невысокая | 235 | 450 | 360 |
| ПИХТА сибирская | 4: невысокая | 255 | 380 | 300 |
| СОСНА | 3-4: от умеренной до невысокой | 260 | 520 | 400 |
| ЛИСТВЕННИЦА | 2-3: умеренная | 395 | 670 | 520 |
Описание основных хвойных пород древесины
СОСНА
Порода и ее основные свойства - древесина средней плотности, достаточно высокой прочности, стойкая против гниения и поражения грибком, хорошо обрабатывается. Особо ценится в строительстве из-за малого количества сучков и малого изменения диаметра по длине ствола.
Внешние признаки - ядровая порода со смоляными ходами (сосредоточены главным образом в поздней древесине). Заболонь широкая от желтоватого до розового цвета. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах с четкой границей между ранней и поздней древесиной. Сердцевинные лучи не видны.
ЕЛЬ
Порода и ее основные свойства - по физико-механическим свойствам (плотность, твердость, прочность при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе) уступает сосне (примерно на 10%), но по коэффициенту качества несколько превосходит ее на 3-4%. Древесина труднее обрабатывается из-за обилия сучков и их повышенной твердости. Достоинства: односторонность строения, длинные волокна, устойчивый белый цвет, малая смолистость, высокая способность резонировать.
Внешние признаки - порода безъядровая, спелодревесная, имеет немногочисленные смоляные ходы. Древесина однородного белого цвета, иногда со слабым желтоватым или розовым оттенком. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах; поздняя древесина несколько отличается от ранней более темным цветом. Сердцевинные лучи не видны. В отличие от сосны имеет более крупные сучки расположеные мутовками, между которыми попадаются одиночные сучки меньших размеров.
ЛИСТВЕННИЦА
Порода и ее основные свойства - древесина, будучи высушенной, слабо подвержена гнили; хорошо противостоит действию воды.
Внешние признаки - годичные слои хорошо просматриваются при всех разрезах. Ствол лиственницы на 70 % состоит из ядра, резко выделяющегося по свойствам и цвету. Ядровая часть древесины содержат основную часть веществ, придающих лиственнице повышенную стойкость. Темная. Заболонь у лиственницы узкая, 8-20 мм, 25-30 % от древесной массы. Светлая. По физико-механическим свойствам уступает ядру
ПИХТА сибирская
Порода и ее основные свойства - древесина с заметно пониженными физико-механическими свойствами по сравнению с древесиной ели. В строительстве практически не используется.
Внешние признаки - порода безъядровая, со спелой древесиной; похожа на древесину ели, от которой отличается отсутствием смоляных ходов; однородного белого цвета. Годичные слои видны на всех разрезах; поздняя древесина отличается от ранней более темным цветом. Крупные сучки расположены мутовками, между которыми встречаются мелкие одиночные сучки.
КЕДР (сосна кедровая)
Порода и ее основные свойства древесина мягкая, легкая, легко обрабатывается. По физико-механическим свойствам занимает промежуточное положение между древесиной ели и пихты, но превышает их по стойкости против гниения. Прочность при сжатии и статическом изгибе ниже на 4-5% при плотности, равной плотности древесины ели
Внешние признаки - древесина имеет ядро светло- и желтовато-розового цвета, не резко отграничена от широкой желтовато-белой заболони. Годичные слои заметные, переход от ранней древесины к поздней постепенный, растушеванный. Смоляных ходов меньше, чем у сосны, но они более крупные. Сердцевинные лучи не видны.