Столяр-плотник. Строение и свойства древесины

Столяр-плотник. Строение и свойства древесины
Илья Мельников

Столяр-плотник
Вы узнаете из данной книги, что дерево состоит из трех основных частей: корней, ствола и кроны. Корни дерева всасывают воду из почвы с растворенными в ней минеральными питательными веществами.

Так же узнаете о физических и химических свойствах древесины. Научитесь обеспечивать прочность и долговечность эксплуатации древесины.

Илья Мельников

Столяр-плотник. Строение и свойства древесины

СТРОЕНИЕ ДЕРЕВА

Дерево состоит из трех основных частей: корней, ствола и кроны. Корни дерева всасывают воду из почвы с растворенными в ней минеральными питательными веществами. Толстые корни разветвляются на более тонкие, которые простираются в почве за пределы кроны.

Ствол проводит воду и минеральные питательные вещества от корней к ветвям и листьям. Такое перемещение называют восходящим потоком сокодвижения.

Крона состоит из ветвей и листьев или хвои. Часть воды, поступившей от корневой системы, испаряется через листья. Остальная вода с растворенными в ней минеральными питательными веществами под воздействием солнечного света и тепла образует органические питательные вещества, необходимые для роста дерева. Листья усваивают из воздуха углекислый газ, распадающийся на углерод и кислород. Кислород выделяется в воздух, поэтому лиственные породы деревьев в городах и называют "легкими города". Органические питательные вещества, образовавшиеся в листьях, по внутренней части коры, называемой лубом, поступают вниз и распространяются по всему дереву. Это уже так называемый нисходящий поток сокодвижения.

Ствол – основная и наиболее ценная часть дерева, дающая 60-90 % деловой древесины. Тонкую часть ствола называют вершиной, толстую – комлем. Строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом, называют макроструктурой. Она хорошо видна на трех основных разрезах ствола.

Различают торцевой разрез, перпендикулярный продольной оси ствола; радиальный разрез, перпендикулярный торцевому разрезу и проходящий через сердцевину ствола; тангентальный разрез, проходящий по касательной к годовым слоям на некотором расстоянии от сердцевины.

Строение и свойства древесины неодинаковы по различным разрезам. На поперечном разрезе ствола различают кору, ее пробковый и лубяной слои, камбий. Дальше идет древесина, ее заболонь и ядро, где видны годовые слои, сердцевинные лучи и сердцевина.

Сердцевина расположена в центре ствола дерева по всей его длине. Она имеет рыхлое строение, непрочна и подвержена быстрому загниванию. У хвойных пород диаметр сердцевины равен 3-4 см, а у лиственных несколько больше. Ежегодно прирост древесины происходит на одно годовое кольцо, образуемое камбием под корой.

При росте дерева древесина сердцевины разрушается, поэтому диаметр ее по направлению к кроне постепенно увеличивается. У некоторых пород, например сосны, лиственницы, дуба, ясеня и кедра, часть древесины, расположенная ближе к сердцевине, имеет более темную окраску и пониженную влажность. Эту наиболее ценную часть древесины называют ядром, а остальную часть, расположенную в сторону коры, заболонью. Существуют породы деревьев, у которых отсутствует ядро, у них одинаковый цвет древесины по всему сечению.

Древесина ядра отличается прочностью, плотностью и твердостью, а также большей сопротивляемостью к загниванию, чем заболонь, которая состоит из молодых клеток, отличающихся меньшей плотностью древесины.

Сокодвижение – перемещение воды с растворенными в ней питательными веществами – происходит по заболони. Толщина заболони зависит от породы дерева, его возраста и условий роста. Рост ядра с отмиранием клеток заболони превращается в древесину ядра. У березы, бука, клена, осины и ольхи центр ствола имеет темную окраску, свидетельствующую о начальной стадии загнивания. Эту часть ствола называют ложным ядром.

Между заболонью и корой располагается тонкий слой живых клеток – камбий. В вегетационный период деление камбиальных клеток образует новые клетки древесины и коры. При этом дерево растет как в толщину, так и в длину.

Кора состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего лубяного. Наружный слой защищает дерево от атмосферных влияний и механических повреждений, внутренний передает вниз по стволу органические питательные вещества, выработанные в листьях кроны.

У большинства хвойных пород в поперечном разрезе ствола различимы годовые слои в виде концентрических окружностей. Ежегодно, как уже отмечалось, при нормальном росте образуется один годовой слой. Его толщина (в направлении радиуса) у разных древесных пород различна. Ранняя древесина годового слоя сердцевины отличается от поздней древесины, находящейся ближе к коре. Это объясняется ростом ранней древесины годового слоя весной и в начале лета. В это время в почве мало влаги и клетки ранней древесины рыхлые и светлые, обеспечивающие сокодвижение. Поздняя древесина годового слоя растет в конце лета и осенью.

У лиственных пород клетки поздней древесины (годового слоя) состоят из опорных тканей, у хвойных пород – из толстостенных трахеид, более темных по цвету и отличающихся плотностью и прочностью.

Ширина годовых слоев зависит от возраста дерева, породы и условий роста. У молодых деревьев годовые слои обычно более широкие, кроме ивы, имеющей только узкие годовые слои. У сосны, растущей на севере, годовые слои более узкие, чем у сосны, растущей в южных широтах. Свойства древесины характеризует ширина годовых слоев. Хвойные породы с узкими годовыми слоями отличаются большей прочностью и смолистостью.

Сосна с узкими годовыми слоями красно-бурого цвета более ценна, чем с широкими годовыми слоями. Древесина хвойных пород, на торцевом разрезе которой в радиальном направлении в 1 см насчитывается не менее трех и не более 25 годичных слоев, считается лучшей. У лиственных древесных пород наоборот: чем шире годовые слои, тем плотнее, тверже и прочнее древесина. Это характерно для дуба, каштана, ильма, ясеня, вяза. У этих пород в весенний период независимо от климатических, почвенных и других условий образуется 2-3 ряда крупной проводящей ткани (трахеид), а затем – поздняя древесина годового слоя, состоящая из механически прочных тканей.

У березы, бука, граба, клена, липы, ольхи, осины древесина не имеет ярко выраженных годовых слоев и ширина годового слоя не влияет на ее качество.

Сердцевинные лучи располагаются в стволе в радиальном направлении. Различают первичные и вторичные лучи. Первичные сердцевинные лучи начинаются от сердцевины и доходят до коры, вторичные начинаются недалеко от сердцевины и продолжаются до коры. По сердцевинным лучам в горизонтальном направлении перемещаются вода, питательные вещества и воздух. На поперечном разрезе ствола крупные сердцевинные лучи различимы в виде блестящих полосок, на радиальном разрезе – в виде полосок или пятен, а па тангентальном разрезе – в виде точек или полосок. Древесина хорошо раскалывается по направлению сердцевинных лучей. Сердцевинные лучи встречаются у большинства древесных пород, но их размер, вид и количество зависят от породы и условий роста. У деревьев, выросших на солнце, больше сердцевинных лучей, чем у тех, что росли в тени.

ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ

Повреждения древесины и отклонения от идеального строения, ограничивающие сферу ее применения, называют пороками древесины. Пороки обычно образуются при росте дерева в ненормальных условиях, при повреждении древесины вредителями (жуками-короедами и точильщиками древесинниками). Пороки, возникающие при лесозаготовке и в процессе обработки, относятся к механическим дефектам древесины. Скажем, расщеп комля дерева при лесоповале можно избежать, если правильно сделать зарубку и выбрать оптимальное направление падения дерева.

Пороки возможны и в заготовленной древесине. К порокам древесины относят гниль, как у растущего дерева, так и у пиломатериалов. Пороки растущего дерева называют первичными пороками, в отличие от вторичных, возникающнх при хранении или эксплуатации древесины.

Пороки древесины включают следующие группы: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски и гнили, повреждения грибами и насекомыми, другие деформации.

Древесина сучков имеет темную окраску и мелкую структуру годовых слоев. Сучки подразделяют в зависимости от места расположения на широких или узких гранях пиломатериалов, от степени врастания к древесину (сучки наружные и вросшие), от формы поперечного разреза (круглые, овальные, удлиненные), от степени сращивания с древесиной (сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся), от структуры и качества сучков (здоровые светлые, здоровые темные, здоровые с трещинами, частично подгнившие, гнилые, трухлявые), от степени выхода сучка на поверхность древесины (односторонние и сквозные). Качество древесины определяется количеством и величиной сучков. Относительно оси ствола сучки расположены под различными углами.

Сучки снижают механическую прочность деревянных конструкций. В местах их расположения сопротивляемость древесины снижается, особенно при действии нагрузки поперек волокон. Косослой вокруг сучка снижает сопротивляемость древесины действию внешней нагрузки.

Трещины – это разрыв древесины вдоль годовых слоев и сердцевины. Причиной растрескивания древесины является неравномерная сушка. Трещины образуются по направлению к сердцевине, более редко – по годовым слоям.

Бревна, брусья, толстые доски трудно высушить без трещин. Чаще всего они появляются на торцах. Для предотвращения появления трещин торцы покрывают смесью извести и клея, смолой, жидким стеклом.

Различают следующие виды трещин: от усушки, морозобоины, сердцевинные, двойные радиальные (метик) и кольцевидные (отлуп).

Трещины от усушки идут в радиальном направлении. Они вызваны сушкой древесины под прямыми лучами солнца из-за неравномерных внутренних напряжений, вызывающих трещины различной глубины и ширины.

Морозобоины идут вдоль сердцевины ствола. Они возникают при понижении температуры, когда наружные слои бревна уменьшаются в объеме, а внутренние из-за плохой теплопроводности древесины остаются неизменными. В пиломатериалах стенки морозобоин смолисты, а годовые слои расширены и изогнуты.

Сердцевинные трещины и двойные радиальные трещины (метик) сужаются от сердцевины к периферии. Эти трещины возникают при образовании ядра под воздействием ветра и увеличиваются при сушке древесины. У бревен сердцевинные трещины наблюдаются только в торцах.

Кольцевидные трещины (отлупы) возникают в ядре или в спелой древесине между годовыми слоями. У растущего дерева они образуются под воздействием ветра и затем увеличиваются во время сушки после распиловки. Отлупы в поперечном разрезе ствола видны в виде дуг или окружностей, а на поверхности пиломатериалов – в виде черточек.

Крень – это утолщение годовых слоев с одной стороны ствола. Годовые кольца имеют вид эксцентричных окружностей, со смещением сердцевины, в периферийную зону. Крень характерен для ели. Он появляется в комлевой части криво растущих деревьев.

Крень повышает твердость и прочность древесины на растяжение, способствует высыханию древесины вдоль волокон, но содействует образованию трещин и короблению пиломатериалов, а также снижает степень насыщаемости древесины антисептиками.

Закомелистость – это ненормальное утолщение комля ствола, нередко ребристой формы (ройка). Закомелистость уменьшает выход пиломатериалов и шпона из-за большого количества отходов.