Предмет курса; краткий обзор развития науки о древесине. 3.Строение древесины и коры.

Лесное товароведение

 

ЛЕКЦИЯ 1

Введение.

Предмет курса; краткий обзор развития науки о древесине. 3.Строение древесины и коры.

 

Древесина — основная продукция лесов. Леса имеют не только промышленное, но и важнейшее экологическое значение. Они вырабатывают почти половину вдыхаемого человеком кислорода, усваивают и хранят углерод, образующий углекислый газ. Содержание этого газа в атмосфере непрерывно возрастает, угрожая из-за «парникового эффекта» повышением среднеглобальной температуры.

Древесину потребляют все отрасли народного хозяйства. Она прочна и легка, имеет хорошие теплоизоляционные свойства, способность без разрушения поглощать работу при ударных нагрузках, гасить вибрации. Древесина легко поддается механической обработке, склеиванию, удерживает металлические и другие крепления, обладает уникальной резонансной способностью. Она используется для производства строительных деталей и конструкций, домов, мебели, музыкальных инструментов, тары и спортивного инвентаря, в качестве шпал, крепи для угольной и горнорудной промышленности, а также для многих других целей.

Совокупность сведений о строении и свойствах древесины, которые получают в результате биологических, химических, физических и механических исследований, содержит непрерывно развивающаяся научная дисциплина древесиноведение. В ней представлены также сведения о коре, корнях и кроне дерева. Потребительские качества лесных материалов и продуктов рассматриваются в лесном товароведении.

История зарождения и развития отечественного древесиноведения как научной дисциплины связана с работами В. В. Петрова (1813 г.), А.Е.Теплоухова (1842 г.), А.В.Гадолина (1873 г.), Д.Н.Кайгородова (1878 г.), П. А. Афанасьева (1879 г.), H. М. Бурого (1900 г.), Н.А.Филиппова (1912 г.), В.А.Петровского (1913 г.), С. А. Богословского (1915 г.) и других ученых. В этих работах были открыты важные закономерности и определены показатели некоторых свойств древесины отдельных пород, а также установлено влияние на них условий произрастания.

В 1920-х годах исследования свойств древесины проводилиH.A.Филиппов, H.Т.Кузнецов, С.И.Ванин, Л.М. Перелыгин, Е. И. Савков и др. Крупные успехи в развитии древесиноведения были достигнуты в 1930-х годах. В 1940— 1960-х годах важные исследования физических и механических свойств древесины провели Ю. М. Иванов, Ф. П. Белянкин, Н. Л. Леонтьев, А. Н. Митинский, П. Н. Хухрянский, П.С.Сер-говский, В. А. Баженов, В. Н. Быковский и др.; анатомии древесины — А.А.Яценко-Хмелевский, В. Е. Вихров, В. Е. Москалева; пороков и хранения древесины — А.Т.Вакин, С.Н.Горшин, Ф. И. Коперин и др.

В 1970— 1980-х годах ценные работы были выполнены в Институте леса и древесины им. В. Н. Сукачева (ИЛД) в Красноярске — по тепловым и влажностным свойствам древесины (Б. С. Чудинов), плотности (Л. Н. Исаева) и проницаемости древесины жидкостями и газами (Е.В.Харук); в Лесотехнической акацемии (ЛТА) — по анизотропии упругих свойств и прочности древесины (Е. К. Ашкенази), по плотности, порокам древесины, биологическим основам ее защиты, квалиметрии древесного сырья

Результаты исследований, выполненных в этих организациях, представлены в трудах международных симпозиумов «Строение, свойства и качество древесины», проведенных в Москве — Мытищах (1990 г.), Москве (1996 г.), Петрозаводске (2000 г.). Эти крупные симпозиумы, а также семинары и выездные сессии организует Региональный координационный совет по древесиноведению (РКСД), функционирующий при МГУЛ под эгидой Международной академии наук о древесине (ИАВС). В РКСД входят ученые из России, Белоруссии, Болгарии, Венгрии, Грузии, Латвии, Польши, Украины, Эстонии.

 

СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

Части растущего дерева

Среди древесных пород различают хвойные и лиственные. Растущее дерево состоит из трех частей: кроны, ствола и корней (рис.1.1). Крона представляет собой совокупность ветвей, одетых листьями (хвоей). В зеленых листьях кроны из углерода, поглощаемого из воздуха в виде углекислоты, и воды, поступающей из почвы через корни и ствол, на свету (в процессе фотосинтеза) образуются сложные органические вещества, необходимые для жизни и роста дерева.

Ствол поддерживает крону и связывает ее с корнями. По стволу в восходящем токе перемещаются растворы минеральных веществ из почвы, а в нисходящем — растворы органических веществ, выработанных в листьях. В стволе также хранятся запасные питательные вещества. На его долю приходится не менее половины, а у некоторых пород до 90 % объема дерева.

Корни представлены системой, которая включает в себя мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными в ней минеральными веществами, и толстые корни, которые удерживают ствол в вертикальном положении, проводят воду и хранят запасы питательных веществ.

Относительный объем, занимаемый каждой частью дерева, для разных пород представлен в табл. 1 (ориентировочные данные).

 

Рис. 1 Части растущего дерева:

1 — корни; 2 — ствол; 3 — крона

 

 

Порода	Части дерева
Ствол	Корни	Ветви
Лиственница	77... 82	12... 15	6...8
Сосна	65...77	15...25	8...10
Ясень	55...70	15...25	15...20
Береза	78... 90	5... 12	5...10
Бук	55...70	20... 25	10...20
Клен	65...75	15...20	10... 15

Относительный объем частей дерева, %

 

 

Главные разрезы и части ствола. Ствол изучают на трех разрезах (рис. 1.2): поперечном, или торцовом (плоскость перпендикулярна оси ствола); радиальном (плоскость проходит вдоль оси ствола через сердцевину по радиусу торца) и тангенциальном (плоскость проходит вдоль оси ствола перпендикулярно радиусу торца).

На поперечном разрезе можно указать радиальные и тангенциальные направления, а на продольных разрезах — направления вдоль волокон и радиальное или тангенциальное.

На поперечном разрезе ствола различают следующие главные части: примерно в центре разреза находится небольшая по размерам сердцевина, основную часть занимает древесина, снаружи находится к о р а. На границе между древесиной и корой располагается тонкий, не различимый невооруженным глазом слой к а м б и я. В результате деятельности камбия происходит прирост древесины и коры.

Сердцевина на поперечном разрезе имеет вид пятнышка диаметром 2... 5 мм коричневого или бурого цвета, чаще всего круглой формы. На радиальном разрезе сердцевина видна как полоска той же ширины и цвета. На тангенциальном разрезе сердцевину обнаружить нельзя. Направление сердцевины вдоль по стволу у хвойных пород более или менее прямое, у лиственных — извилистое. Сердцевина состоит из мягкой ткани.

Относительный объем коры в стволе, %

Порода	Объем коры	Порода	Объем коры
Лиственница	22...25	Дуб	14...21
Сосна	10... 16	Бук	7... 11
Ель	6... 13	Береза	13... 15
Кедр	6... 10	Осина	11...20
Пихта	11... 19	Липа	12... 16

Кора на поперечном разрезе ствола имеет форму кольца, окрашенного значительно темнее древесины (см. рис. 1.2). В толстой коре на взрослых деревьях можно различить два слоя с постепенным или резким переходом от одного к другому: наружный слой (корка) и внутренний слой, прилегающий к камбию и древесине (луб). Луб особенно хорошо развит и заметен у липы. В растущем дереве корка защищает древесину и камбий от резких колебаний температуры, испарения воды, механических и иных повреждений; лубяной слой проводит вниз по стволу органические питательные вещества, образованные в листьях кроны.

На стволах молодых деревьев кора снаружи гладкая, иногда с тонкими опадающими чешуями; при утолщении ствола в коре появляются трещины, углубляющиеся с возрастом. По характеру поверхности различают кору гладкую (пихта), бороздчатую (ясень), чешуйчатую (сосна), волокнистую (можжевельник) и бородавчатую (бересклет). Цвет коры снаружи меняется в широких пределах: от белого (береза), светло-серого (пихта), зелено-серого (осина) до серого (ясень), темно-серого (дуб) или темно-бурого (ель).

 

Лекция 2

Лекция 3

Внешний вид

Цвет. Древесина поглощает падающее световое излучение избирательно. От спектрального состава отраженного ею светового потока зависит определенное зрительное ощущение, называемое цветом.

Обычно для характеристики цвета древесины используют словесные описания, в основе которых лежат зрительные образы или символические понятия. Однако этому свойству древесины можно дать количественную оценку, используя методы колориметрии (от лат. color — цвет) — науки о цветовых измерениях. Достаточно установить численные значения трех показателей: цветового тона, чистоты и светлоты.

Цветовой тон определяется длиной волны X чистого спектрального цвета. Обычно цвета окружающих нас предметов более или менее блеклые, так как чистые спектральные цвета разбавлены белым. Чистота цвета Р, которая выражает степень этого разбавления, может изменяться от нуля до100%. Светлота характеризуется коэффициентом отражения р. Для белых поверхностей, отражающих максимальное количество световой энергии, коэффициент отражения близок к единице, для черных — приближается к нулю.

С помощью атласа цветов автором были определены колориметрические характеристики 30 пород из коллекции МЛТИ. Исследования показали, что выдержанная в течение 5...20 лет дре весина большинства отечественных пород очень мало отличается по цветовому тону. Длина волны X колеблется в пределах 578... 585 нм, что соответствует желтому участку спектра. Вместе с тем наблюдается большое разнообразие значений чистоты цвета Р, которые изменяются в пределах от 30 до 60 %. Светлота (коэффициент отражения р) изменяется в еще больших пределах (20...70 %).

Целлюлоза — основное вещество, из которого состоит древесина, — почти белого цвета. Все многообразие цветовых оттенков древесины придают ей вещества, заключенные в полостях клеток или пропитывающие их стенки — красящие и дубильные вещества, смолы и продукты их окисления.

Древесина пород умеренного пояса окрашена бледно, а древесина пород тропического пояса имеет очень яркую окраску, интенсивность которой увеличивается с возрастом, что особенно заметно для ядровых пород. В оптимальных условиях роста для данной породы ее окраска бывает более яркой.

Древесина многих пород изменяет цвет при выдержке под влиянием воздуха и света. Тем не менее цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании. Изменение цвета древесины чаще всего указывает на поражение ее грибами.

В речной воде древесина дуба сильно темнеет в результате соединения дубильных веществ с солями железа. Этой же причиной объясняется и появление на поверхности дубовых пиломатериалов черных полос и пятен при распиловке сырой древесины. Заболонь сосны после сплава иногда приобретает желтую окраску, а древесина березы — оранжевую. При пропаривании древесина бука довольно равномерно окрашивается в красноватый цвет. После высокотемпературной сушки у древесины хвойных пород появляется буроватая окраска.

Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе пород для внутренней отделки помещений, изготовления мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок, спортивного инвентаря и т.д.

Блеск. Под блеском древесины понимают ее способность направленно отражать световой поток. Наибольший блеск наблюдается при освещении зеркальных, т. е. почти идеально гладких поверхностей. В отличие от них матовые поверхности, имеющие однородные неровности, отражают световой поток диффузно, т. е. равномерно во все стороны. Поверхности даже самым тщательным образом обработанной древесины приближаются к матовым и могут характеризоваться коэффициентом диффузного отражения (белизной).

ля древесины лиственных пород со сложным строением характерно наличие видимых невооруженным глазом крупных сосудов (ясень, бархатное дерево, дуб и др.), сердцевинных лучей, обычно окрашенных темнее, чем окружающая древесина (бук, ильм, платан и др.), неправильно расположенных волокон и т.д. Это создает более богатую текстуру.

Выбор направления разреза древесины определяет характер текстуры. Из отечественных лиственных пород на радиальном разрезе красивую текстуру, обусловленную наличием сердцевинных лучей, имеют бук, платан, клен, явор, дуб, карагач, ильм (рис. 3.1, б). Три последние кольцесосудистые породы ценятся своей текстурой и на тангенциальном разрезе.

древесины, лущении ее ножом с волнистым лезвием, а также при лущении древесины под углом к направлению волокон. Текстура и цвет определяют ценность древесины как декоративного материала. Прозрачная отделка древесины лаками проявляет ее текстуру. Лаковое покрытие, имеющее близкий к древесине коэффициент преломления света, увеличивает прозрачность поверхностных слоев и способствует зрительному восприятию глубины текстуры.

Макроструктура. Для оценки качества древесины по внешнему виду используют некоторые характеристики макроструктуры. Показателем годичного прироста, характеризующим усредненную ширину годичных слоев, служит число слоев, приходящееся на 1 см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцовой поверхности образца. Степень равнослойности оценивают по разнице в числе годичных слоев на двух таких соседних участках длиной по 1 см.

Содержание поздней древесины определяется соотношением в процентах между суммарной шириной зон поздней древесины и общей протяженностью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоев.

Согласно ГОСТ 16483.18 — 72 на торце образца проводят карандашом линию в радиальном направлении, отмечают границы крайних целых годичных слоев на участке, примерно равном 2 см, и подсчитывают число слоев N.

Равноплотность древесины характеризует равномерность распределения древесинного вещества по ширине годичного слоя. Малой равноплотностью обладает древесина пород с резкой разницей в строении ранней и поздней зон годичных слоев (лиственница, сосна, дуб, ясень и др.). Высокой равноплотностью отличаются самшит, груша, граб, клен, бук, ольха, осина, липа и ряд других пород. Количественного показателя для равноплотности древесины пока нет.

Поверхность продольных разрезов древесины таких часто используемых для отделки пород, как дуб, ясень, орех, ильм и ряд других, имеет анатомические неровности высотой до 200 мкм и более.

У хвойных пород высота неровностей составляет от 8 до 60 мкм, а у большинства рассеянно-сосудистых лиственных пород —30... 100 мкм.

Тепловые свойства

Теплоемкость. Показателем способности древесины аккумулировать теплоту является удельная теплоемкость с, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг материала на 1 К (или на 1 °С). Удельная теплоемкость измеряется в кДжДкг • °С).

Поскольку состав древесинного вещества у всех пород одинаков, удельная теплоемкость древесины не зависит от породы и при температуре О °С для абсолютно сухой древесины равна 1, 55 кДж/(кг • °С). С повышением температуры удельная теплоемкость древесины несколько возрастает по линейному закону и при 100 °С увеличивается примерно на 25 %.

Значительно сильнее влияет на теплоемкость увлажнение древесины. Так, увеличение влажности древесины от 0 до 130 % приводит к повышению теплоемкости примерно в 2 раза.

 

Температуропроводность.

С уменьшением плотности абсолютно сухой древесины коэффициент а возрастает. Увеличение содержания связанной воды в древесине почти не отражается на коэффициенте температуропроводности, так как его значения у древесинного вещества и воды довольно близки. Однако повышение содержания свободной воды, у которой коэффициент а примерно в 100 раз меньше, чем у замещаемого ею воздуха в полостях клеток, приводит к резкому снижению температуропроводности древесины.

Тепловое расширение древесины. При нагревании твердых материалов, в том числе и древесины, происходит увеличение их объема. Коэффициент линейного теплового расширения а' показывает на сколько изменяется единица длины тела при нагревании его на 1 °С. Наименьший а' в направлении вдоль волокон; величина его для сухой древесины колеблется в пределах (2, 5...5, 4)-10" ⁶ 1/°С. Тепловое расширение поперек волокон значительно больше (иногда в 10... 15 раз), чем вдоль волокон, причем в тангенциальном направлении оно обычно в 1, 5... 1, 8 раза выше, чем в радиальном. Коэффициент линейного расширения вдоль волокон древесины составляет 1/10... 1/3 коэффициентов теплового расширения стекла, бетона и металлов. При нагревании влажной древесины одновременно происходит усушка, которая маскирует в десятки раз меньшее тепловое расширение древесины поперек волокон.

 

Электрические свойства

Электропроводность. Способность древесины проводить электрический ток находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений: объемного и поверхностного. У разных пород электропроводность различная, но при этом у всех пород вдоль волокон она в несколько раз больше, чем поперек волокон.

С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение сопротивления (в десятки миллионов раз) наблюдается при увеличении содержания связанной воды, т. е. при переходе от абсолютно сухого состояния древесины до предела насыщения клеточных стенок. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз

Пьезоэлектрические свойства. На поверхности анизотропных пластинок из кристаллов (кварц, турмалин, сегнетовая соль) при растяжении или сжатии появляются электрические заряды: положительный на одной стороне и отрицательный на другой. Электрические заряды возникают под действием механических усилий, давления, поэтому это явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом (слово «пьезо» означает давление). Указанные материалы обладают и обратным пьезоэлектрическим эффектом — их размеры изменяются под действием электрического поля. Пластинки из этих кристаллов находят широкое применение в качестве излучателей и приемников в ультразвуковой технике.

Данное явление позволяет глубже изучить тонкую структуру древесины, характеризовать степень анизотропности натуральной древесины и новых древесных материалов. Оно используется при разработке неразрушающих методов контроля качества древесины.

Распространение звука в древесине. Звук, как известно, представляет собой механические волновые колебания, распространяющиеся в упругих средах. Звукопроводность древесины, т.е. скорость звука в ней при продольных колебаниях, м/с, где Е — динамический модуль упругости, Н/м²; р — плотность материала, кг/м³.

В среднем скорость звука в древесине вдоль волокон составляет 5000 м/с. В плоскости поперек волокон скорость звука примерно в 3...4 раза меньше, чем вдоль волокон, причем в радиальном направлении она несколько выше, чем в тангенциальном. С увеличением влажности и температуры древесины скорость распространения звука уменьшается. Скорость звука в других материалах, м/с: в стали — 5050, свинце — 1200, каучуке — 30, воздухе — 330.

Важной характеристикой древесины при оценке ее способности отражать и проводить звук является акустическое сопротивление, Па-с/м,

Этот показатель для древесины камерной сушки вдоль волокон в среднем равен 30 • 10⁵ Па-с/м. Для сравнения укажем, что воздух имеет акустическое сопротивление 429, каучук 3-10³, а сталь — 393-10³ Па-с/м.

По мере распространения звуковых волн в материале вследствие потерь энергии на внутреннее трение происходит затухание колебаний. Для характеристики этого явления используют показатель 8 — логарифмический декремент колебаний,

Звуковые свойства

 

Определение указанного показателя проводят при продольных и изгибных колебаниях по разработанному ЦНИИМОДом ГОСТ 16483.31 — 74. У древесины камерной сушки разных пород логарифмический декремент колебаний составляет примерно (2... 4) 10⁶ Нп*.

Показатели, характеризующие распространение звука в древесине, используются при разработке методов дефектоскопии и неразрушающего контроля качества (прочности, жесткости, структурной неоднородности, шероховатости) древесины и древесных материалов.

Звукоизолирующая и звукопоглощающая способность. Звукоизолирующая способность древесины характеризуется ослаблением интенсивности прошедшего через нее звука. Это свойство может быть оценено по разнице уровней звукового давления в децибелах (дБ)** перед и за перегородкой из древесины, а также по относительному уменьшению силы звука, называемому коэффициентом звукопроницаемости. Так, при толщине 3 см звукоизоляция сосновой древесины составила 12 дБ, коэффициент звукопроницаемости — 0, 065; для дубовой древесины при толщине 4, 5 см эти показатели соответственно равны 27 дБ и 0, 002.

По строительным нормам звукоизоляция стен и перегородки должна быть не ниже 40 дБ. Отсюда видно, что звукоизолирующая способность массивной древесины сравнительно невысока.

Способность древесины поглощать звук вызвана рассеянием звуковой энергии в структурных полостях и необратимыми тепловыми потерями вследствие внутреннего трения. Для оценки этой способности используют коэффициент звукопоглощения, представляющий собой отношение звуковой энергии, теряемой в материале, к энергии плоской падающей волны. Коэффициент звукопоглощения сосновой перегородки толщиной 19 мм в диапазоне частот 100...4000 Гц находится в пределах 0, 081...0, 110.

Резонансная способность древесины. Древесина широко применяется для изготовления излучателей звука (дек) музыкальных инструментов. Такую древесину называют резонансной.

Лекция 4

Пороки древесины.

1.Классификация;

2.Характеристика;

Сучки

Наиболее распространенный порок — сучки. Они представляют собой части (основания) ветвей, заключенные в древесине сортимента. По степени зарастания сучки различают только в круглых лесоматериалах, выделяя два вида: открытые, т.е. выходящие на боковую поверхность сортимента, и заросшие, обнаруживаемые по вздутиям и другим следам зарастания на боковой поверхности.

По форме разреза сучки (в пилопродукции и шпоне) делятся на круглые, овальные и продолговатые. Круглый сучок (рис.1, а) образуется в том случае, если основание ветви разрезают под большим углом к продольной оси так, что отношение большего диаметра сучка к меньшему не превышает 2*. Круглый сучок может быть обнаружен на тангенциальной поверхности сортимента. Овальный сучок (рис. 1, б) образуется, когда основание ветви разрезают под углом к ее продольной оси так, что отношение большего диаметра сучка к меньшему равно 2...4. Продолговатый сучок (рис. 1, в) образуется при разрезании основания ветви вдоль или под малым утлом к ее оси, если отношение большего диаметра к меньшему превышает 4. Продолговатый сучок в виде суживающейся к сердцевине полосы или сильно вытянутого овала может быть обнаружен на радиальном или близком к нему разрезе.

 

По положению в пиленом сортименте различают пластевые, кромочные, ребровые, торцовые и сшивные сучки. Пластевые сучки выходят на широкую сторону (пласть), кромочные — на узкую сторону (кромку), ребровые — одновременно на смежные пласть и кромку, торцовые — на короткую сторону (торец) сортимента. Если сучок пронизывает всю пласть или кромку и выходит на два ребра, его называют сшивным (рис.1, а).

Рис. 1. Круглый (а), овальный (б) и продолговатый (в) сучки * По стандарту ЕН 844.1 это отношение должно быть менее 1, 5.

Кроме того, в пилопродукции выделяют сучки: односторонние, выходящие на одну или две смежные стороны сортимента, и сквозные, выходящие на две противоположные стороны сортимента.

По взаимному расположению в пиленом сортименте различают разбросанные, групповые и разветвленные сучки. Разбросанными называются любые одиночные сучки, отстоящие друг от друга по длине сортимента на большее расстояние, чем его ширина. У широких сортиментов (шириной более 150 мм) расстояние между сучками должно быть не менее 150 мм. Групповыми называются два или более круглых, овальных или ребровых сучка, расположенных на отрезке длины сортимента, равном его ширине. У широких сортиментов этот отрезок должен быть равен 150 мм. При мутовчатом расположении ветвей, особенно характерном для сосны и лиственницы, образуются разветвленные (старое название — лапчатые) сучки. Они обнаруживаются на радиальных или близких к ним разрезах и включают два продолговатых сучка одной мутовки (рис. 6.2, б) или один продолговатый в сочетании с овальным или ребровым сучком одной мутовки (между ними может быть и третий — круглый или овальный сучок).

По степени срастания с окружающей древесиной в пилопродукции и шпоне различают сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся сучки, у которых годичные слои не срослись с окружающей древесиной на протяжении соответственно менее 1/4; более 1/4, но менее 3/4; более 3/4 периметра разреза сучка. Среди несросшихся сучков выделяют выпадающие (рис. 3).

По состоянию древесины сучки во всех видах лесоматериалов делятся на здоровые, загнившие, гнилые и табачные.

Здоровыми называются сучки, у которых древесина не имеет признаков гнили. Среди этой разновидности сучков в пилопродукции и шпоне выделяют сучки: светлые, окрашенные слегка темнее окружающей среды; темные, древесина которых пропитана смолой, дубильными и ядровыми веществами и поэтому значительно темнее окружающей древесины; здоровые с трещинами.

 

а б

Рис. 2. Сшивной (о) и разветвленный (б) сучки

Рис. 4. Измерение открытых (а) и заросших (б) сучков в круглых лесоматериалах:

1 — по бровке; 2 — по раневому пятну древесины;

 

Загнившими и гнилыми называются сучки, у которых зона гнили занимает соответственно менее или более 1/3 площади разреза. Табачными называют сучки, древесина которых полностью или частично сгнила и превратилась в рыхлую массу ржаво-бурого (табачного) или белесого цвета, легко растирающуюся в порошок.

Характеристика сортиментов по сучковатости включает указание разновидностей, размера и количества сучков. В круглых лесоматериалах при установлении разновидностей открытых сучков по состоянию древесины иногда трудно отличить табачные сучки от других пораженных гнилью сучков. В этом случае применяют зондирование щупом. Если зона разрушения распространяется на глубину не более 3 см, то такие сучки в зависимости от площади поражения относят к загнившим или гнилым, если же зона разрушения распространяется на большую глубину (часто до сердцевины), то это табачные сучки.

Открытые сучки измеряют по их наименьшему диаметру (рис. 6.4, а), при этом присучковый наплыв в размер сучка не включают. Заросшие сучки оценивают по высоте прикрывающих их вздутий над боковой поверхностью сортиментов. У лиственных лесоматериалов диаметр заросшего сучка можно определить по размеру раневого пятна или усам бровки (рис. 6.4, б). Хорошо заметная на гладкой коре некоторых пород (береза, бук, граб, осина) бровка в виде двух направленных под углом темных полосок — усов — возникает от давления разрастающейся ветви на древесину ствола. После отмирания и опадения ветви на месте заросшего сучка возникает раневое пятно, чаще всего правильной эллипсовидной формы.

Размер наиболее толстой части заросшего сучка в сортиментах из березы, бука, липы, ольхи и ясеня равен 0, 9, а из осины — 0, 6 максимального диаметра раневого пятна. В некоторых круглых сортиментах, например в фанерных кряжах, важно знать глубину залегания заросших сучков. Это позволяет установить величину бессучковой зоны, из которой может быть получен шпон высокого качества. Глубина залегания сучков в сортиментах из указанных пород может быть определена по соотношению между высотой и шириной раневого пятна и диаметру сортимента в месте зарастания сучка.

Таблицы для определения глубины залегания заросших сучков приведены в ГОСТ 2140—81. С уменьшением указанного соотношения при данном диаметре сортимента глубина залегания вершины заросшего сучка увеличивается. При одинаковом соотношении размеров раневого пятна залегание сучка тем глубже, чем больше диаметр сортимента.

В сортиментах из березы глубину залегания сучка можно определить также по величине утла между усами бровки. Чем больше угол между усами, тем глубже расположен заросший сучок (при постоянном диаметре сортимента). При одной и той же величине угла между усами глубина залегания больше у сортиментов большего диаметра. По длине уса можно ориентировочно судить о размере заросшего сучка. Длина уса, измеренная в сантиметрах, примерно соответствует размеру сучка в миллиметрах.

В пилопродукции и строганом шпоне размеры сучков определяют одним из двух способов: 1) по расстоянию между двумя касательными к контуру сучка, проведенными параллельно продольной оси сортимента, 2) по наименьшему диаметру сечения сучка. Круглые, овальные и продолговатые (или разветвленные) не выходящие на ребро сучки измеряют, как показано на рис. 6.5, первым (размеры а_и а₂ и т.д.) или вторым (размеры Ь₂ и т.д.)

 

 

Размер разветвленных сучков допускается определять, как сумму размеров составляющих сучков. Таким же образом определяют и размеры групповых сучков. В лущеном шпоне все сучки измеряют по наибольшему диаметру их сечения. Размеры сучков выражают в миллиметрах или в долях размера сортимента и подсчитывают их количество в круглых лесоматериалах и пилопродукции на 1 м или на всю длину сортимента, в шпоне — на 1 м² или на всю площадь листа.

Количество, размеры и расположение сучков зависят от породы дерева, условий его роста и зоны ствола. Стволы теневыносливой породы — ели имеют больше сучков, чем стволы сосны; деревья, выросшие в сомкнутых древостоях, очищаются от сучков раньше и выше, чем дерево, выросшее на свободе; комлевая часть ствола имеет меньшую сучковатость, чем вершинная. Размеры одних и тех же сучков и состояние их древесины изменяются по радиусу ствола. По мере продвижения от коры вглубь ствола к сердцевине размеры сучков уменьшаются, несросшиеся сучки переходят в сросшиеся, уменьшается количество загнивших и гнилых сучков.

При использовании древесины сучки в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние — часто ухудшают внешний вид древесины, нарушают ее однородность и вызывают искривление волокон и годичных слоев, что приводит к снижению показателей многих механических свойств древесины. Вследствие большей твердости по сравнению с окружающей древесиной здоровые и особенно темные (роговые) сучки затрудняют обработку древесины режущими инструментами. Табачные сучки в круглых сортиментах сопровождаются скрытой ядровой гнилью.

Степень влияния сучка на механические свойства зависит от его относительных размеров, разновидности и характера напряженного состояния нагруженной детали изделия или конструкции. Наименьшее отрицательное влияние оказывают здоровые, круглые, вполне сросшиеся сучки, а наибольшее — сшивные и групповые. Наиболее сильно снижается прочность древесины при растяжении вдоль волокон, меньше всего — при сжатии вдоль волокон. При изгибе степень влияния существенно зависит от положения сучка по длине и высоте детали. Наибольшее отрицательное влияние оказывают сучки, расположенные в растянутой зоне опасного сечения изгибаемой детали, особенно если сучок выходит на кромку.

По стандарту ЕН 1310 в качестве основного принят способ определения размера сучка как полусуммы большей и меньшей осей его сечения.

Прочность увеличивается из-за наличия сучков при сжатии и растяжении древесины в радиальном направлении поперек волокон, когда ось сучка совпадает с направлением усилия. Сучки повышают прочность и при скалывании вдоль волокон в тангенциальном направлении, когда они расположены перпендикулярно плоскости скалывания.

В отверстия, остающиеся после выпавших сучков, при необходимости вставляют деревянные пробки (на клею или без него). Иногда специально высверливают сучки и заделывают отверстия пробками. Прочность древесины при этом не повышается, так как искривления волокон вокруг пробок по-прежнему остаются.

С увеличением размера сучков модули упругости при сжатии ндоль волокон и статическом изгибе снижаются, а при растяжении и сжатии поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях сильно возрастают в связи с большей жесткостью древесины самих сучков.

В. П. Левченко (Украинская сельскохозяйственная академия — УСХА) исследовал влияние сучков на механические свойства круглых лесоматериалов из древесины сосны. Снижение предела прочности при сжатии вдоль волокон образцов диаметром от 8, 5 до 12 см с увеличением отношения размера наиболее крупного сучка в мутовке к диаметру образца от 0, 18 до 0, 61 составило от 4 до 18 % по сравнению с чистой древесиной. Примерно такое же снижение прочности было установлено при испытании образцов на статический изгиб, если крупный сучок находился в растянутой зоне. У образцов диаметром 16 см и более не обнаружено существенного влияния сучков на прочность при сжатии вдоль волокон. Таким образом, в пиломатериалах сучки оказывают большее влияние на прочность, чем в круглых лесоматериалах. В круглых лесоматериалах, так же как и в пиломатериалах, сучки меньше влияют на модуль упругости, чем на прочность.

Трещины

Трещины — это продольные разрывы древесины, которые образуются под действием внутренних напряжений, достигающих предела прочности древесины на растяжение поперек волокон.

Трещины в круглых лесоматериалах и пилопродукции делятся но типу на метиковые, отлупные и морозные, появляющиеся в растущем дереве, и трещины усушки, возникающие в срубленной древесине.

Метиковые трещины представляют собой внутренние радиальные трещины в стволах деревьев. Встречаются они у всех пород, особенно часто у сосны, лиственницы, бука преимущественно в перестойных древостоях. Протяженность трещины по стволу достигает 10 м и более, иногда трещина от комля доходит до живой кроны. В круглых лесоматериалах метиковые трещины заметны только на торцах (лучше на комлевых), так как, начинаясь от сердцевины, они до коры не доходят и на боковой поверхности не видны. В пиломатериалах эти трещины обнаруживаются как на торцах, так и на боковых поверхностях. Простой называется метико-вая трещина (или две трещины, направленные по одному диаметру торца), расположенная в одной плоскости по длине сортимента (рис. 6.6, а). Сложными называются две или несколько трещин, направленных на торце под углом друг к другу (рис. 6.6, б), а также одна или две трещины, направленные по одному диаметру, но из-за спирального расположения волокон находящиеся не в одной плоскости (рис. 6.6, в). Метиковые трещины возникают в процессе роста дерева. Существует мнение, что трещины образуются и при валке дерева от ударов о землю. При высыхании древесины размеры трещины увеличиваются. Метиковые трещины представляют собой не сплошные, а прерывистые разрывы по длине сортимента.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: