Урок № _____ Дата:_________________
Тема: Древесина – природный конструкционный материал.
Цели : создать условия для формирования у учащихся: понятий «древесина», «строение древесины» для выработки умений различать породы деревьев по их признакам; создать условия для развития у учащихся памяти, логического мышления, воображения; создать условия для формирования само- и взаимоконтроля.
Тип урока: комбинированный .
Формы работы: самостоятельная, индивидуальная, групповая .
ХОД УРОКА.
I. Организационный момент.
II. Актуализация опорных знаний.
Беседа
Вспомни, какой материал называют конструкционным.
Из какого сырья изготавливают бумагу, картон?
Назови конструкционные материалы, которые используют для производства автомобилей, самолетов, сооружения домов, изготовления домашней мебели. Где изготавливают указанные материалы и какое сырье для этого используют?
III. Изучение нового материала.
Развитие современной техники и технологий зависит от производства и использования разнообразных конструкционных материалов: древесины, металла, пластичных масс, стекла и т.п.
Большое распространение получило использование древесины. Изделия из нее применяют практически во всех сферах нашей жизни. Из этого материала изготавливают бумагу, картон, искусственный шелк, пластмассу, мебель, элементы зданий, музыкальные инструменты и сувениры и много других нужных вещей.
Все древесные породы делят на две группы: хвойные и лиственные (рис. 13).
Хвойные породы имеют листья в форме игл. К ним принадлежат: ель, сосна, кедр, лиственница, пихта и т.п. Лиственными породами являются ольха, липа, дуб, бук, граб и другие (рис. 14). Деревья используют для изготовления конструкционных древесных материалов.
Древесные материалы легко поддаются обработке различными режущими инструментами: пилками, ножами, долотами, сверлами, напильниками и другими. Элементы конструкций из древесных материалов надежно и крепко соединяются гвоздями, шурупами, а также склеиванием.
Деревья – самые высокие из всех растений, хотя есть среди них и карлики, до нескольких сантиметров высотой.
Древесина как природный конструкционный материал получается из стволов деревьев при распиливании их на части.
Ствол дерева имеет более толстую (комлевую) часть у основания и более тонкую - вершинную. Поверхность ствола покрыта корой. Кора является как бы одеждой для дерева и состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего - лубяного. Пробковый слой коры является отмершим. Лубяной слой служит проводником соков, питающих дерево. Основная внутренняя часть ствола дерева состоит из древесины. В свою очередь, древесина ствола состоит из множества слоев, которые на разрезе видны как годичные кольца. По числу годичных колец определяют возраст дерева.
Рыхлый и мягкий центр дерева называют сердцевиной. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий простираются сердцевинные лучи. Они имеют различную окраску и служат для проведения воды, воздуха и питательных веществ внутрь дерева. Сердцевинные лучи создают рисунок (текстуру) древесины.
Камбий - тонкий слой живых клеток, расположенный между корой и древесиной. Только с камбия происходит образование новых клеток и ежегодный прирост дерева по толщине. «Камбий» - от латинского «обмен» (питательными веществами).
Основные разрезы ствола.
1 - торцовый разрез;
2 - радиальный разрез;
3 - тангенциальный разрез
Для изучения строения древесины различают три основных разреза ствола. Разрез, проходящий перпендикулярно сердцевине ствола, называют торцовым. Он перпендикулярен волокнам. Разрез 2, проходящий через сердцевину ствола, называют радиальным. Он параллелен волокнам. Тангенциальный разрез 3 проходит параллельно сердцевине ствола и удален от нее на некоторое расстояние. По этим разрезам выявляются различные свойства и рисунки древесины.
Породы древесины определяют по их характерным признакам: текстуре, запаху, твердости, цвету.
Дерево /порода/Твердость
Цвет
Применение
Сосна /хвойная порода/
Древесина светло-красного цвета с ярко выраженной текстурой
Применяется для изготовления окон и дверей, полов и потолков, мебели, в строительстве судов, вагонов, мостов
Ель /хвойная порода/
Мягкая. Пропитана смолистыми веществами
Цвет белый с желтоватым оттенком
Применяется для изготовления музыкальных инструментов, мебели, окон и дверей
Береза /лиственная порода/
Твердая
Цвет белый с буроватым оттенком
Используется для изготовления фанеры, мебели, посуды, ружейных лож, ручек инструментов, лыж
Осина /лиственная порода/
Мягкая. Склонна к загниванию.
Цвет белый с зеленоватым оттенком.
Используется для изготовления спичек, посуды, игрушек, бумаги.
Липа /лиственная порода/
Мягкая.
Цвет белый с нежно-розовым оттенком.
Применяется для изготовления посуды, чертежных досок, карандашей, изделий с художественной резьбой.
Ольха /лиственная порода/
Мягкая.
Цвет белый, на воздухе краснеет.
Служит сырьем для изготовления фанеры, долбленой посуды, упаковочных ящиков.
Дуб /лиственная порода/
Твердая. На радиальном разрезе четко просматриваются сердцевинные лучи в виде блестящих полосок.
Цвет светло-желтый с коричнево-серым оттенком и ярко выраженной текстурой
Применяется для изготовления мебели, паркета, облицовывания ценных изделий, а также в конструкциях мостов и вагонов.
Рисунок на поверхности древесины, образованный в результате перерезания годичных колец и волокон называют текстурой древесины. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатую текстуру. Например, древесина грецкого ореха имеет коричневые и серые цвета самых разнообразных оттенков, она высоко ценится при изготовлении из нее мебели, лож охотничьих ружей. Красивые текстуры имеют дуб, ясень, а также растущие в Африке, Америке и Австралии породы красного дерева, которые дают древесину красного цвета различных оттенков. Такие ценные породы древесины строгают на тонкие листы (шпон), которые наклеивают на ценные изделия.
Для изготовления полезных вещей используют разнообразные конструкционные материалы: металл, пластмассу, оргстекло, шелк, текстильные и другие материалы. Широкое распространение получило использование древесины и материалов из нее. Все конструкционные материалы имеют определенные свойства, которые необходимо учитывать при изготовлении изделий. К ним относятся уже известные тебе цвет и текстура древесины. Кроме того, необходимо также знать, как легко обрабатывается определенный вид древесины и материалы из нее, какой инструмент нужно для этого использовать, будут ли удерживаться в ней гвозди, шурупы и другие детали крепления, как будут влиять на древесные материалы влажность, изменения температуры окружающей среды и т.п. Нужно также предусмотреть, какой вид древесины или материалов из нее необходимо использовать, чтобы конструкция, например мост или многоэтажное здание, не разрушилась, если она будет использоваться при больших нагрузках и т.п.
Поможет дать ответ на эти вопросы знание механических свойств конструкционных материалов. К основным из них в первую очередь относятся: прочность, твердость, упругость .
Прочность – свойство, характеризующее устойчивость древесины против внешних механических усилий, то есть ее способность выдерживать большие нагрузки и не разрушаться. Из древесины высокой прочности стоит изготавливать конструкционные элементы, то есть те, которые подлежат значительной нагрузке. Наиболее прочной является древесина дуба, затем идут ясень, граб, клен, береза, сосна, ель, ольха, осина, липа.
Твердость – способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого твердого тела, например орудий обработки (ножей, пилок, стамесок, сверл и других режущих инструментов). Знание твердости древесины имеет большое значение. Режущие инструменты для обработки древесины используют с учетом этого свойства. Чем тверже древесина, тем тяжелее ее обрабатывать и тем больший угол обострения должен иметь инструмент.
По твердости древесину можно расположить в такой последовательности: граб, дуб, ясень, клен, береза, сосна, ольха, ель, липа. То есть самую большую твердость имеет граб. Следовательно, его трудно обрабатывать режущим инструментом. Легче всех древесных материалов обрабатывать липу. Поэтому ее используют преимущественно для изготовления сувениров, вещей домашнего потребления и т.п.
Упругость – свойство материала изменять свою форму (и не разрушаться) под действием нагрузки и возобновлять ее после прекращения этого действия. Древесина сгибается (деформируется) под действием силы и опять выравнивается, или пружинит, после снятия нагрузки. Высокую упругость имеет древесина ясеня, дуба, лиственницы, сосны и других пород.
IV. Закрепление изученного материала.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Определение пород древесины по образцам.
Изучите таблицу пород деревьев.
Выпишите в тетрадь основные признаки, по которым определяются породы древесины.
Определите породы древесины по образцам, выданным учителем.
V. Подведение итогов.
Беседа:
1. Какие породы древесины относят к хвойным? К лиственным?
2. Какие древесные материалы изготавливают на деревообрабатывающих предприятиях?
3. Что называют текстурой древесины?
4. Каково строение дерева?
5. Какие виды пиломатериалов ты знаешь?
6. Охарактеризуй роль леса в жизни человека.
7. Как влияют зеленые насаждения на улучшение окружающей природной среды?
VI. Домашнее задание.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Выучить конспект.
Развитие современной техники и технологий зависит от производства и использования разнообразных конструкционных материалов: древесины, металла, пластичных масс, стекла и т.п. Большое распространение получило использование древесины. Изделия из нее применяют практически во всех сферах нашей жизни. Из этого материала изготавливают бумагу, картон, искусственный шелк, пластмассу, мебель, элементы зданий, музыкальные инструменты и сувениры и много других нужных вещей.
Все древесные породы делят на две группы: хвойные и ли- ственные (рис. 13).
Рис. 13. Породы деревьев: а – хвойные; б – лиственные
Хвойные породы имеют листья в форме игл. К ним принадлежат: ель, сосна, кедр, лиственница, пихта и т.п. Лиственными породами являются ольха, липа, дуб, бук, граб и другие (рис. 14).
Рис. 14. Древесина различных пород деревьев: а – дуб; б – липа; в – береза; г – ольха; д – ель; е – сосна
Деревья используют для изготовления конструкционных древесных материалов. Древесные материалы легко поддаются обработке различными режущими инструментами: пилками, ножами, долотами, сверлами, напильниками и другими. Элементы конструкций из древесных материалов надежно и крепко соединяются гвоздями, шурупами, а также склеиванием. Деревья – самые высокие из всех растений, хотя есть среди них и карлики, до нескольких сантиметров высотой (рис. 15).
Рис. 15. Высокорослые (а) и карликовые (б) деревья
Рис. 16. Строение дерева
Каждое дерево состоит из трех частей: корня, ствола и кроны (рис. 16).
Корень всасывает из почвы влагу и растворенные в ней питательные вещества и проводит их к стволу.
Ствол – это основная часть дерева. Он проводит воду с растворенными в ней питательными веществами от корня к веткам и листьям.
Крона – верхняя часть дерева, состоящая из веток и листьев. Листья деревьев впитывают углекислый газ, а выделяют кислород, поэтому леса называют «легкими планеты». Они улучшают состояние окружающей среды, очищая воздух и воду, способствуют развитию растительного и животного мира – всего живого на Земле.
Охрана природы – важная обязанность каждого человека. В Украине охрана природных ресурсов стала одним из самых главных заданий, а такие редкие деревья, как лиственница польская, сосна кедровая, сосна меловая, дуб австрийский, береза днепровская и другие, занесенные в Красную книгу Украины, охраняются законом и запрещены для промышленного использования.
В нашей стране есть лесхозы – специализированные лесные хозяйства, в которых производится выращивание деревьев для промышленной переработки и производства древесных материалов. Они выращивают разные породы деревьев на огромных территориях. Через определенное время, когда дерево достигнет промышленного возраста, то есть будет иметь определенную высоту и диаметр ствола, осуществляют его заготовку. При этом лесные хозяйства заботятся и о возобновлении лесных насаждений – наместах спиленных деревьев высаживают новые молодые деревья.
В лесных хозяйствах деревья сначала спиливают (рис. 17, а). Потом очищенные от веток стволы, которые называют хлыстами, перемещают к месту отгрузки. Этот процесс называют трелевкой. Для трелевки используют специальные трелевочные трактора (рис. 17, б). Потом древесину загружают и транспортируют на специальную эстакаду, где хлысты распиливают на части – колоды. Этот процесс называют раскряжевыванием (рис. 18).
Рис. 17. Заготовка древесины: а – спиливание; б – трелевка
Рис. 18. Раскряжевывание древесины
Колоды называют деловой древесиной, а вершину хлыста (где много сучков) – дровяной (рис. 19).
Рис. 19. Деловая (а) и дровяная (б) древесина
Рис. 20. Пилорама
Для получения древесных материалов деловую древесину разрезают вдоль ствола на специальных машинах – пилорамах (рис. 20). Предприятия, производящие обработку древесины, называются деревообрабатывающими. На них перерабатывают также отходы древесины: опилки, кору, ветки, корень. Из них изготавливают различные материалы: клей, искусственный шелк, бумагу, картон, древесные плиты и т.п.
В результате распиловки деловой древесины образуются разнообразные древесные пиломатериалы (рис. 21). Из пиломатериалов изготавливают разнообразные изделия. Однако, чтобы изделие было надежным в использовании, имело привлекательный внешний вид и ряд других качественных признаков, необходимо учитывать при его изготовлении особенности строения древесины. Ее изучают по трем разрезам ствола: поперечному (торцевому), радиальному и тангенциальному (рис. 22).
Рис. 21. Виды пиломатериалов
Рис. 22. Основные разрезы ствола дерева: 1 – тангенциальный; 2 – радиальный; 3 – поперечный (торцевой)
Рис. 23. Годовые кольца на поперечном разрезе ствола
Рис. 24. Текстура некоторых пород древесины: а – дуб; б – береза; в – орех; г – граб
По поперечному разрезу ствола и количеству колец, которые видны на нем, можно определить, сколько дереву лет, как быстро оно росло, как изменялась за время его роста погода и т.п. (рис. 23). На поперечном разрезе наблюдается чередование светлых и темных колец.
Разрез древесины вдоль ствола через сердцевину называют радиальным. На нем видны продольные полосы, образовавшиеся в результате роста дерева. Разрезав ствол на некотором расстоянии от сердцевины, получают тангенциальный разрез. На нем можно увидеть характерный для каждого дерева рисунок определенного цвета, который называют текстурой (рис. 24). Она зависит от особенностей строения каждой породы древесины и направления разреза ствола.
О других свойствах древесных материалов ты узнаешь из следующих параграфов учебника.
Оборудование и материалы: столярный верстак, образцы разных пород древесины, лупа, набор цветных карандашей, линейка, мел.
Последовательность выполнения работы
лиственная порода, хвойная порода, корень, ствол, крона, деловая древесина, дровяная древесина, промышленный возраст, хлыст, колода, раскряжевывание, текстура.
1. К хвойным породам принадлежат
2. К пиломатериалам принадлежат
3. Что изготавливают из колод?
4. К лиственным породам принадлежат
5. Как называется естественный рисунок на обработанной поверхности древесины?
Древесина - один из самых распространенных материалов, который люди научились обрабатывать еще в древности. Огромное количество изделий из древесины окружает нас и сейчас: предметы домашнего обихода, мебель, спортивный инвентарь, музыкальные инструменты и многое другое.
В 5 классе вы освоите основные операции и приемы обработки древесины, научитесь применять разнообразные инструменты, с помощью которых можно изготовить простые и полезные вещи.
Постигнув основы художественной резьбы, вы сможете украсить изделиями из древесины вашу комнату, кухню, сделать подарок друзьям и близким.
Приобретенные умения всегда пригодятся вам в жизни.
Древесину как строительный и конструкционный материал получают из стволов деревьев. При изготовлении различных изделий из древесины необходимо учитывать породу дерева. Из уроков природоведения вы знаете, что деревья, имеющие листву, называют лиственными, а имеющие хвою - хвойными. Лиственными деревьями являются береза, осина, липа, ольха и другие породы. Хвойными деревьями являются сосна, ель, кедр, пихта, лиственница и др.
Ствол дерева (рис. 79) имеет толстую часть - комель и тонкую - вершину. Снаружи ствол покрыт корой. Кора состоит из наружного пробкового слоя и внутреннего - лубяного.
Рис. 79. Строение ствола дерева: 1 - сердцевина; 2 - годичные кольца; 3 - ядро; 4 - заболонь; 5 - камбий; 6 - лубяной слой; 7 - пробковый слой
Пробковый слой коры - отмерший, а лубяной служит проводником питательных веществ от корней к кроне.
Древесина - это основная внутренняя часть ствола. Она состоит из множества слоев - годичных колец. За каждый год ствол прирастает со стороны слоя камбия на одно кольцо. Кольцо состоит из мягкой древесины внутри и твердой - снаружи. По числу годичных колец определяют возраст дерева.
Годичные кольца образованы расположенными вдоль ствола волокнами древесины. Волокно состоит из вытянутых цепочек древесных клеток.
Рыхлый и мягкий центр ствола дерева называют сердцевиной. От сердцевины к коре в виде светлых блестящих линий расходятся сердцевинные лучи. Они проводят воду, воздух и питательные вещества внутрь дерева. У некоторых пород деревьев сердцевинные лучи создают красивый рисунок на радиальном разрезе ствола.
Породы древесины определяются по следующим характерным признакам: принадлежности к лиственным или хвойным, по запаху, текстуре, твердости и цвету. Если разрезать древесину вдоль волокон, на плоскости разреза будет виден характерный рисунок. Этот рисунок называют текстурой. О красивой поверхности древесины говорят, что она имеет богатый рисунок. Текстура древесины некоторых пород дерева показана на рисунке 80.
Рис. 80. Текстура древесины: а - ореха; б - карельской березы; в - красного дерева
Из древесины получают различные древесные пиломатериалы,
При распиливании стволов деревьев в поперечном направлении получают бревна, а в продольном - такие виды пиломатериалов, как брус, бруски, доски, пластины, четвертины, горбыль (рис. 81).
Рис. 81. Пиломатериалы: а - брус четырехкантный; б- брус двухкантный; в - бруски; г - доска обрезная; д - доска необрезная; е - пластина; ж - четвертина; з - горбыль; 1 - пласть, 2 - кромка, 3 - торец, 4 - ребро
Брус - пиломатериал толщиной и шириной более 100 мм. Если брус опилен с двух сторон, то его называют двухкантным, а если с четырех сторон, то четырехкантным.
Брусок - пиломатериал толщиной менее 100 мм и шириной менее двойной толщины.
Доска - пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.
Пластины получаются при продольном распиливании бревна пополам, а четвертины - на четыре части.
Горбыль - выпиленная боковая часть бревна.
Пиломатериалы имеют следующие элементы: пласти, кромки, ребра и торцы.
Пластью называют широкую, а кромкой - узкую плоскость пиломатериала.
Торцом называют торцевой срез (плоскость) пиломатериала.
Ребром является линия пересечения плоскостей пиломатериала.
Наряду с пиломатериалами используются древесные материалы, получаемые иными способами. К ним относятся: фанера, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты.
Фанера является конструкционным древесным материалом. Ее получают путем наклеивания друг на друга трех и более листов лущеного шпона (рис. 82).
Рис. 82. Склеивание фанеры: а - листы шпона; б - фанера
Лущеный шпон получают срезанием широкой стружки с вращающегося бревна (чурака) острым ножом на лущильном станке (рис. 83). При этом бревно, как рулон, раскатывается в ленту шпона.
Рис. 83. Схема получения лущеного шпона: 1 - бревно; 2 - нож; 3 - прижим; 4 - лента шпона
Ленту шпона разрезают на квадратные листы, которые высушивают в сушилках. Затем листы намазывают клеем, накладывают друг на друга так, чтобы волокна соседних листов были перпендикулярны, и склеивают под прессом. Так получается фанера.
Фанера прочнее древесины, почти не рассыхается и не растрескивается, хорошо гнется и обрабатывается. Ее применяют в строительстве домов, изготовлении мебели, машиностроении.
Лущеный шпон применяют для изготовления изделий из гнутоклеёной древесины, например стульев, ящиков, столов, клюшек.
Древесно-стружечные плиты (ДСП) получают путем одновременного прессования и склеивания измельченной древесины в виде стружек, опилок, древесной пыли. ДСП изготовляют толщиной 10-26 мм. Эти плиты прочны, почти не коробятся. Из них делают мебель, двери, перегородки, стены, полы. Однако ДСП выделяют вредные для здоровья вещества. Поэтому их нежелательно применять в жилых помещениях.
Древесно-волокнистые плиты (ДВП) (оргалит) получают прессованием в виде листов пропаренной и измельченной до отдельных волокон древесной массы. У оргалита ровная и гладкая поверхность серого цвета, он хорошо гнется. Применяют ДВП для внутренней отделки помещений - стен, потолков, полов, а также для изготовления мебели и дверей.
Существенным недостатком фанеры, древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит является то, что они боятся сырости. Под действием влаги фанера расслаивается, а плиты разбухают, теряют прочность и рассыпаются.
Вам потребуются: образцы пиломатериалов, фанеры, ДСП, ДВП.
Таблица 5
|
Номер
|
Вид
|
Свойства |
Порода
|
|||
|
Цвет |
Запах |
Твердость |
Текстура |
|||
Ствол, комель, вершина, кора; годичные кольца, волокна, сердцевина, сердцевинные лучи, текстура; пиломатериалы (брус, брусок, доска, пластина, четвертина); пласть, кромка, торец, ребро; древесные материалы (фанера, ДСП, ДВП); шпон.
Физические свойства:
1) плотность; зависит от количества пустот, толщины стенок волокон и содержания влаги (сосна и ель – 5 кН/м3, береза 6 кН/м3) 2) температурное расширение – линейное расширение при нагревании, характеризуемое коэффициентом линейного расширения в древесине различно вдоль волокон под углом к ним. Коэффициент в 2-3 раза меньше чем у стали 3) теплопроводность – вследствие пористого строения древесина плохо проводит тепло.Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперек волокон. Механические свойства древесины, являющейся природным полимером, изучаются на основе реологии – науки об изменении свойств вещества во времени под действием тех или иных факторов, в данном случае нагрузок. 2 реологических свойства: ползучесть – свойство материала дополнительно деформироваться с течением времени при постоянной нагрузке; релаксация – уменьшение напряжений с течением времени. Различные механические свойства материалов при различном направлении усилия к волокнам называется анизотропией и обусловлено трубчатым строением древесины.. Для древесины в инженерных расчетах принята транстропная модель анизотропии, которая предполагает различные механические и упругие свойства только в двух направлениях (вдоль и поперек волокон). Свойства в тангенциальном и радиальном направлении практически одинаковы. При растяжении вдоль волокон и поперек волокон характер разрушения хрупкий, что является опасным. При смятии прочностные характеристики практически не отличаются от сжатия. Скалывание вдоль волокон является одним из слабых мест в работе древесины. см=0,5…0,6 кН/см2; характеризуется хрупким разрушением. Прочностные характеристики зависят от породы древесины, от времени действия нагрузки, от размеров поперечного сечения, от конфигурации элемента. Это все учитывается коэффициентом условия работы.
Пороками древесины называют изменения ее внешнего вида, нарушение целостности тканей и клеточных оболочек, правильности ее строения и повреждения, понижающие качество древесины и ограничивающие возможности ее применения.
Дефекты - пороки древесины механического происхождения, возникающие в ней в процессе заготовки, транспортирования, сортировки и механической обработки.
Влияние порока на качество древесины зависит от его вида, размера, расположения в материале и назначения материала. Он снижает прочность и декоративность лесоматериалов, поэтому сортность древесины определяют с обязательным учетом имеющихся в ней пороков.
Согласно ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины. Классификация, термины и определения» все пороки подразделяются на группы: сучки, трещины, грибные повреждения, химические окраски, пороки формы ствола и строения древесины, повреждения насекомыми, инородные включения и дефекты обработки.
Сучки - наиболее распространенный и неизбежный порок древесины, которые представляют собой основания ветвей, заключенные в древесину ствола. По степени зарастания сучки бывают открытые и заросшие.
Метиковые трещины - радиально направленные трещины в ядре, отходящие от сердцевины, не доходящие до коры и имеющие значительную протяженность по длине сортимента. Протяженность мети-ковой трещины может быть более 10 м. В зависимости от расположения в круглых сортиментах подразделяются на простые и сложные. Простая метиковая трещина - одна или две трещины, направленные по одному диаметру и проходящие в одной плоскости по длине сортимента. Две или несколько трещин, расположенные на торце под углом друг к другу, а также одна или две трещины, направленные по одному диаметру, но располагающиеся по длине сортимента в разных плоскостях, - это сложная метиковая трещина.
Отлупная трещина - трещина между годичными слоями, возникающая в ядре или спелой древесине. Формируются в растущем дереве, имеют короткую протяженность по высоте ствола и снаружи не видны.
Морозная трещина - наружные продольные разрезы древесины стволов растущих деревьев. Распространяется вглубь ствола по радиальным направлениям (чаще в комлевой части).
Пороки формы ствола выражаются в различных отклонениях от нормальной формы ствола и формируются в период роста дерева. Кним относят сбежистость, закомелистость, наросты, кривизну, овальность.
Сбежистость представляет собой постепенное уменьшение толщины лесоматериалов или ширины необрезных пиломатериалов на всем их протяжении. Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, такое явление расценивается как порок. Стволы хвойных пород менее сбежисты, чем лиственные.
Закомелистость - резкое увеличение диаметра комлевой части лесоматериалов и ширины пилопродукции. Сбежистость и закомелистость затрудняют применение лесоматериалов по назначению, увеличивают количество отходов при их распиливании и лущении, раскрое пиломатериалов, обуславливают появление радиального наклона волокон.
Наросты и кривизна часто встречаются на всех породах, особенно на лиственных, затрудняют применение лесоматериалов по назначению и осложняют их переработку. Наросты - местные утолщения ствола, бывают с гладкой поверхностью и правильным строением древесины, а также с неровной поверхностью и свилеваты
строением древесины, которые называются капами. Кривизна - искривление ствола по длине. Различают простую и сложную кривизну, которая характеризуется соответственно одним или несколькими изгибами сортимента.
К порокам строения древесины относят наклон волокон, крень, свилеватость и др.
Наклон волокон (косослой) - отклонение волокон от продольной оси сортимента, приводит к повышенной усушке и короблению. Наклон волокон затрудняет механическую обработку древесины, понижает способность к загибу, а также прочность пиломатериалов при растяжении вдоль волокон и изгибе.
Крень - местное изменение строения древесины хвойных пород. Выражается в кажущемся увеличении ширины поздней зоны годичных слоев. Образуется в сжатой зоне изогнутых или наклонных стволов. Крень повышает твердость древесины и ее прочность при сжатии и статическом изгибе; снижает прочность при растяжении; увеличивает усушку вдоль волокон, вызывая растрескивание и продольное коробление пилопродукции; уменьшает водопоглощение древесины и этим затрудняет ее пропитывание, а также ухудшает внешний вид.
Тяговая древесина наблюдается на торцах в виде дугообразных участков, на радиальных поверхностях - в виде узких полос (тяжей). Она повышает прочность древесины при растяжении вдоль волокон и статическом изгибе, повышает усушку во всех направлениях, особенно вдоль волокон, что способствует появлению коробления и трещин, затрудняет обработку, приводя к образованию ворсистости и мшистости поверхности.
Свилеватость - искривление волокон. Снижает прочность древесины при растяжении, сжатии и изгибе, повышает прочность при раскалывании и скалывании в продольном направлении, затрудняет фрезерование древесины.
Завиток встречается в виде частично перерезанных, скобкооб-разно изогнутых контуров, образованных искривленными годичными слоями. Различают односторонний и сквозной завиток. Снижает прочность древесины при сжатии и растяжении вдоль волокон, а также ударную вязкость при изгибе. Прочность материала заметно снижается при расположении завитков в растянутой зоне опасного сечения. Смоляной кармашек встречается в древесине хвойных пород; может быть односторонним и сквозным, снижает прочность древесины. Вытекающая из смоляных кармашков смола портит поверхность изделий и препятствует их лицевой отделке и склеиванию.
Прорость - частично или полностью заросшая на стволе кора или омертвевшая в результате повреждения древесина; возникает в растущем дереве при зарастании нанесенных ему повреждений и сопровождается развитием засмолка, грибных ядровых пятен и полос ядровой гнили. Нарушает целостность древесины и сопровождается искривлением прилегающих годичных слоев. Прорость бывает открытой и закрытой.
Засмолок - встречается в древесине только хвойных пород. Он существенно не влияет на механические свойства, однако заметно снижает ударную вязкость при изгибе, уменьшает водопроницаемость, затрудняет лицевую отделку и склеивание.
Ложное ядро - темноокрашенная внутренняя часть ствола лиственных безъядровых пород. По форме поперечного сечения может быть округлым, звездчатым и лопастным. Этот порок портит внешний вид, отличается плохой проницаемостью, пониженной прочностью при растяжении вдоль волокон и хрупкостью. У березы ложное ядро легко растрескивается.
Водослой - бывает в виде мокрых, темных пятен различной формы и величины, является причиной растрескивания снижает ударную вязкость и сопровождается гнилью.
Химические окраски в большинстве случаев - следствие окисления содержащихся в древесине дубильных веществ. К ним относятся: продубина, дубильные потеки, желтизна, которые не влияют на физико-механические свойства древесины, а при интенсивной окраске ухудшают внешний вид материалов.
Грибные поражения в древесине возникают при развитии в ней грибов, которые подразделяются на деревоокрашивающие и дерево-разрушающие.
На древесине грибы развиваются при определенной влажности (оптимальная - 40-60%) и температуре (оптимальная - 20-30 °С).
Ядровая гниль - участки ненормальной окраски ядра, которые по цвету и характеру разрушения подразделяются на пеструю ситовую, бурую трещиноватую и белую волокнистую ядровую гниль. Этот порок существенно влияет на механические свойства материала. В зависимости от размеров поражения древесины гнилью ее сортность снижается вплоть до полной непригодности.
Плесень представляет собой отдельные пятна или сплошной налет зеленого, голубого, черного или другого цвета. На механические свойства древесина она не влияет, но ухудшает ее внешний вид.
. Побурение
Заболонная гниль , Трухлявая наружная гниль
,Червоточина в зависимости от глубины проникновения может быть поверхностной (не влияет на механические свойства), неглубокой и глубокой (нарушают целостность древесины и снижают механические свойства). Червоточины способствуют проникновению грибов и развитию гнили.
4. Влажность древесины, её влияние на прочность и деформативность. Различают два вида влаги, содержащейся в древесине: связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточныхпространствах. Кроме свободной и связанной влаги различают влагу, входящую в химический состав веществ, которые образуют древесину (химически связанная влага). Эта влага имеет значение только при химической переработке древесины. Максимальное количество связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения клеточных стенок и составляет 30 %. Устойчивая гигроскопическая влажность древесины, соответствующая определенному сочетанию температуры и влажности воздуха, называется равновесной влажностью древесины. Изменение влажности древесины от предела гигроскопичности и выше может произойти только по мере заполнения свободной влагой полостей клеток. При изменении влажности древесины от 0 % до предела насыщения клеточных стенок объем древесины увеличивается (разбухает), а снижение влажности в этих пределах уменьшает его размеры (усушка). Чем плотнее древесина, тем больше ее разбухание и усушка. Соответственно различны разбухание и усушка у поздней, более плотной, и у ранней древесины.
Установлено, что линейная усушка вдоль волокон в радиальном и тангенциальном направлениях существенно различается. Усушка вдоль волокон древесины обычно так мала, что ею пренебрегают, усушка в радиальном направлении колеблется в пределах 2...8,5 %, а в тангенциальном направлении 2,2... 14 %. Следствием такой неравномерности усушки является коробление досок при высыхании (рис.). При увеличении влажности свыше точки насыщения клеточных стенок, когда влага занимает полоски клеток древесины, дальнейшего разбухания не происходит. Процесс высыхания древесины состоит из испарения влаги с поверхности и перемещения ее из внутренних, более влажных слоев, к наружным. Испарение влаги с поверхности древесины происходит быстрее, чем продвижение влаги изнутри к периферии, что обуславливает неравномерность распределения влажности; в тонких пиломатериалах эта неравномерность обычно невелика и быстро уменьшается; в толстых элементах влажность выравнивается медленно и неравномерность ее распределения в начале высыхания может быть значительной. Чем выше плотность древесины, тем меньше скорость высыхания. Влагопроводность в радиальном направлении несколько больше, чем в тангенциальном, что объясняется влиянием сердцевинных лучей. Установлено, что в хвойных породах между радиальной и тангенциальной усушкой древесины поздней зоны годичных слоев существует небольшое различие, а тангенциальная усушка ранней зоны в 2-3 раза превосходит радиальную. Свежесрубленная древесина соержит80..100% влаги, причем влажность заболони хвойных пород в 2-3 раза больше влажности ядра. влажность сплавной древесины доходит до 200%. Конечная влажность древесины должна соответствовать ее равновесной влажности в условиях эксплуатации.
////Структура древесины, ее влияние на прочность и деформативность мат-ла. Деревянные строительные конструкции в основном изготавливаются из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница). На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части рис.: под корой расположен тонкий слой камбия, отлагающего древесину и работающего с различной интенсивностью, так как деятельность его зависит и от внешних условий. В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2-5 мм. Вся основная древесина, расположенная между тоненьким слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, немного отличающихся одни от других цветовыми оттенками - внутренняя зона, более темная, называется ядром, а более светлая – заболонью. На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Древесина состоит из клеток двух видов - прозенхимных и паренхимных. Паренхимные клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех трех осевых направлениях. К прозенхимным клеткам относятся трахеиды - полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Основными элементами древесины хвойных пород являются трахеиды, которые занимают свыше 90 % общего объема древесины. Паренхимные клетки в хвойной древесине входят в состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении в период вегетации, а в период покоя в них хранятся запасные питательные вещества. Трахеиды хвойных пород выполняют не только свойственные им проводящие функции, но и механические. Трахеиды ранней части годичного слоя обладают тонкими стенками и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки и малые полости. На основе современных исследований установлено, что стенки клеток трахеид представляют собой слоистую оболочку. В стенке каждой нормальной трахеиды различают: тонкую первичную оболочку Р, значительно более толстую вторичную оболочку S, состоящую из наружного слоя S b среднего слоя S 2 и внутреннего слоя S 3 . Каждый слой оболочки трахеид состоит из микрофибрилл, основой которых является кристаллическая целлюлоза, инкрустированная матриксом аморфных или паращшсталлических полимеров, стабилизирующих структуру микрофибрилл. В составе стенки клетки особую роль играет лигнин. Если высокая прочность при растяжении обеспечивается в основном целлюлозными микрофибриллами, то лигнин придает оболочке прочность на сжатие. В древесине хвойных пород из паренхимных клеток состоят в основном многочисленные сердцевинные лучи (см. рис. 1.3.). Они узкие, преимущественно однорядные, но среди них встречаются и многорядные лучи со смоляным горизонтальным ходом посередине. У сосны, ели и лиственницы, кроме паренхимных клеток, лучи содержат трахеиды.
5.6.Работа древесины на различные виды силовых воздействий. Растяжение. Предел прочности при растяжении вдоль волокон в стандартных чистых образцах высок – для сосны и ели он в среднем 1000 кгс/см 2 . Наличие сучков и присучкового косослоя значительно снижает сопротивление растяжению. Особенно опасны сучки на кромках с выходом на ребро. Опыты показывают, что при размере сучков 1/4 стороны элемента предел прочности составляет всего 0,27 предела прочности стандартных образцов.При ослаблении деревянных элементов отверстиями и врезками их прочность снижается больше, чем получается при расчете по площади нетто. Здесь сказывается отрицательное влияние концентрации напряжений у мест ослаблений.Сжатие. Испытания стандартных образцов на сжатие вдоль волокон дают значения предела прочности в 2-2,5 раза меньше, чем при растяжении. Для сосны предел прочности при сжатии в среднем 400 кгс/см 2 . Влияние пороков (сучков) меньше, чем при растяжении. При размере сучков, составляющих 1/3 стороны сжатого элемента, прочность при сжатии будет 0,6-0,7 прочности элемента тех же размеров, но без сучков. Таким образом, работа сжатых элементов в конструкциях более надежна, чем растянутых. Этим объясняется широкое применение металлодеревянных конструкций, имеющих основные растянутые элементы из стали, а сжатые и сжато изгибаемые из дерева.Приведенная диаграмма сжатия (рис.1.1.) при 0,5 более криволинейна, чем при растяжении. При меньших значениях криволинейность ее невелика и она может быть принята прямолинейной до условного предела пропорциональности, равного 0,5.Изгиб. При поперечном изгибе значение предела прочности занимает промежуточное положение между прочностью на сжатие и растяжение. Для стандартных образцов из сосны и ели предел прочности при изгибе в среднем 750 кгс/см 2 . Поскольку при изгибе имеется растянутая зона, то влияние сучков и косослоя значительно. При размере сучков в 1/3 стороны элемента предел прочности составляет 0,5 прочности бессучковых образцов. В брусьях и особенно в бревнах это отношение выше и доходит до 0,6-0,8. Влияние пороков в бревнах при работе на изгиб вообще меньше, чем в пиломатериалах, так как в бревнах отсутствует выход на кромку перерезанных при распиловке волокон и отщепление их в присучковом косослое при изгибе элемента.Эпюра напряжений в поперечном сечении изгибаемого элемента при приближении к пределу прочности носит криволинейный характер. При этом фактическое краевое напряжение сжатия меньше, а напряжение растяжения больше вычисленных по формуле = M/W.Предел прочности при изгибе зависит от формы поперечного сечения и его высоты. Это учитывается в расчете введением соответствующих коэффициентов к расчетным сопротивлениям.Смятие. Различают смятие вдоль волокон, поперек волокон и под углом к ним. Прочность древесины на смятие вдоль волокон мало отличается от прочности на сжатие вдоль волокон, и действующие нормы не делают различия между ними. Смятию поперек волокон древесина сопротивляется слабо. Смятие под углом занимает промежуточное положение. Смятие поперек волокон характеризуется в соответствии с трубчатой формой волокон значительными деформациями сминаемого элемента. После сплющивания и разрушения стенок клеток происходит уплотнение древесины, уменьшение деформаций и рост сопротивления сминаемого образца.Скалывание и раскалывание. Скалывание – разрушение в результате сдвига одной части материала относительно другой. Различают продольное и поперечное скалывание. Из-за весьма слабого сопротивления древесины скалыванию этот вид деформации часто определяет размеры элементов или соединений.
7,8.Конструктивные и химические меры борьбы с гниением и пожарной опасностью. Использование для изготовления деревянных конструкций древесины с влажностью более 30%, увлажнение конструкций в процессе эксплуатации, нарушение осушающего режима в помещении и другие причины приводят к загниванию древесины и резкому сокращению сроков службы деревянных конструкций.
Под гниением древесины понимают процесс жизнедеятельности грибов, разрушающих целлюлозу - самую прочную часть древесины. Процесс развития грибов происходит при средней влажности древесины более 20% в условиях повышенной влажности воздуха при отсутствии проветривания и температуре окружающего воздуха от 0 до 45°С.
Характерные признаки поражения древесины грибами в конструкциях:
появление на поверхности древесины грибницы - белых пушистых скоплений грибных нитей (гифов), а также наличие в помещении характерного грибного запаха;
изменение цвета древесины: в начале процесса - на красноватый, затем бурый или темно-коричневый;
Наличие в древесине глубоких продольных и поперечных трещин, по которым она распадается на отдельные призматические кусочки - деструктивная гниль (древесина как бы обугливается, легко отрывается и растирается пальцами в порошок), Основными мероприятиями конструктивной профилактики против загнивания деревянных конструкций являются защита их от постоянного или систематически повторяющегося увлажнения, создание осушающего режима эксплуатации.
Основные конструктивные (профилактические) меры против загнивания:
использование сухого пиломатериала с влажностью W=12 % для изготовления клееных деревянных конструкций и W < 20 % - для неклееных конструкций;
защита, конструкций от увлажнения на период транспортировки и монтажа;
Размещение деревянных конструкций полностью в пределах отапливаемого помещения либо целиком в пределах неотапливаемого чердачного помещения, за утепленным подвесным потолком
вентиляция утепленных деревянных перекрытий
устройство опорных узлов рам, арок так, чтобыниз деревянного элемента был на 300...500 мм выше уровня чистого пола
- обеспечение свободного доступа к опорным узлам конструкций для осмотра и проветривания;
устройство гидроизоляции в местах соприкосновения древесины с каменной кладкой, бетоном, металлом;
В тех случаях, когда одними конструктивными мерами невозможно гарантировать надежную защиту деревянных конструкций от загнивания, конструкции обрабатываются специальными химическими препаратами - антисептиками - веществами, оказывающими отравляющее воздействие на биологических разрушителей древесины. Требования к антисептикам:
быть токсичными для дереворазрушающих грибов и насекомых и безопасными для человека и домашних животных;
не влиять на механическую прочность древесины и не способствовать коррозии металлических соединительных деталей;
легко проникать в древесину и не вымываться из нее, иметь постоянный хими ческий состав, не иметь резкого запаха, быть дешевыми и доступными, т. е. экономи чески выгодными для применения.
Применяемые в строительстве антисептики дедятря на водорастворимые (неорганические или минеральные); маслянистые (органические); комбинированные; ком плексные (обладающие антисептическими и огнезащитными свойствами).
Наиболее распространенные водорастворимые антисептики (состав, %): кремнефтористый аммоний,
фтористый натрий. В настоящее время применяются, как правило, комплексные составы, оказывающие антисептическое и антипирирующее защитное воздействие на древесину.
Предел огнестойкости строительных конструкций - это время (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний: потери несущей способности (R ); потери цело стности (Е); потери теплоизолирующей способности.
Конкретные конструктивные меры защиты от пожарной опасности зависят от функционального назначения зданий и сооружений и устанавливаются соответствующими нормами проектирования. Для одноэтажных производственных и складских зданий наиболее распространены следующие конструктивные меры защиты: соблюдение противопожарных разрывов между зданиями; устройство противопожарных разрывов длиной не менее 6...12 м в протяженных зданиях; разделение зданий на отсеки (через 50 м) брандмауэрными стенами из несгораемых материалов высотой 600 мм (от поверхности кровли); проектирование КДК массивного прямоугольного сечения; защита (обшивка) поперечного сечения деревянных элементов листовыми материалами из асбеста, ош т у кат у ривание растворами; применение несгораемых теплоизоляционных материалов и кровель, разделение на отсеки, не сообщающиеся между собой, кровельных и стеновых панелей, имеющих пустоты.
При невозможности обеспечить требуемую пожарную безопасность зданий конструктивными мерами используются химические меры защиты, которые включают обработку деревянных элементов огнезащитными составами - антипиренами.
Антипирены - вещества, которые при нагревании плавятся и покрывают поверхность древесины огнезащитной пленкой, препятствующей доступу воздуха к древесине, или разлагаются с выделением большого количества негорючих газов, которые оттесняют воздух от древесины. В состав антипиренов входят фосфорнокислый и сернокислый аммоний, бура, борная кислота и другие химические вещества.
Наиболее применяемые антипирены для пропитки деревянных элементов препарат МБ-1
Для поверхностной обработки деревянных конструкций могут использоваться фосфатные составы и вспучивающиеся покрытия типа ВП-9.
Пропитка антипиренами снижает прочностные свойства древесины в среднем на 10%. Соединительные металлические детали (накладки, болты) снижают предел огнестойкости деревянных конструкций, они также должны быть защищены огнезащитными составами.
