Свойства древесины как строительного материала
Перейти к содержимому

Свойства древесины как строительного материала

  • автор:

Древесина в строительстве: преимущества и недостатки

Плюсы и минусы древесины

Легкость, устойчивость к повреждениям, высокая прочность и долговечность – далеко не все преимущества пиломатериалов из хвойных и лиственных пород. Благодаря такому многообразию положительных свойств древесина используется в современном строительстве так же широко, как и инновационные синтетические материалы. Планкен, брус, вагонка, блок-хаус, паркетная доска популярны среди поклонников эко-стиля и тех, кто ценит практичность. При огромном количестве преимуществ изделия из дерева имеют всего пару недостатков – некоторые породы склонны к усадке и деформации. Однако со всеми недочетами пиломатериалов можно эффективно бороться – на рынке есть множество средств для защиты деревянных конструкций от гниения, воспламеняемости и действия насекомых.

Использование древесины в строительстве

Для возведения зданий древесина используется не одну сотню лет, и даже самые прочные синтетические материалы не могут стать ей достойной заменой. Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам пиломатериалы применяются для наружных и внутренних работ – ими выкладывается пол, обшиваются стены и потолки, из них создаются прочные лестницы, садовая мебель и террасы. При правильном монтаже и грамотном уходе конструкции из древесины сохраняют привлекательный вид и физические свойства в течение нескольких веков. Сфера применения строительных материалов из дерева очень широка, они используются для возведения стен и перекрытий, заборов и временных сооружений. Для наружной и внутренней отделки зданий обычно применяется древесина лучшего качества – с красивой текстурой, без дефектов, устойчивая к гниению.

Породы дерева для строительства

Деревянный дом

Выбирая пиломатериалы, в первую очередь необходимо обращать внимание на характеристики породы, из которой они изготовлены. При этом важно учитывать цели использования изделий – например, для возведения бани необходима древесина, устойчивая к воздействию влаги, а для внутренней отделки дома – привлекательная и пожаростойкая. По мнению строителей, для возведения зданий отлично подходят липа, осина, сибирская лиственница, кедр и дуб. Рассмотрим подробнее преимущества каждого вида древесины:

  • липа – не деформируется после сушки, обладает теплоизоляционными свойствами, проста в обработке, создает комфортный микроклимат;
  • осина – не боится влаги, не растрескивается, привлекательно выглядит и не меняет параметры при перепаде температур;
  • кедр – не подвержен гниению, устойчив к высокой температуре, имеет красивый оттенок;
  • дуб – прочен, долговечен, обладает теплосберегающими свойствами;
  • лиственница – благодаря высокому содержанию смолы устойчива к влаге и действию насекомых-вредителей, отличается длительным сроком службы и доступной стоимостью.

Среди перечисленных пород наиболее востребованной является сибирская лиственница. Выполненные из нее пиломатериалы в условиях высокой влажности становятся еще тверже и прочнее, поэтому их рекомендуется использовать для возведения бань и саун, обшивки фасадов и облицовки ванных. Кроме того, эксплуатационные характеристики сибирской лиственницы можно улучшить с помощью специальных средств против гниения, а покрытие лаками и красками наделит древесину декоративными свойствами.

Слабые места материалов из дерева

Недостатки древесины как строительного материала немногочисленны, однако их следует иметь в виду, приступая к возведению здания или его отделке. Среди минусов дерева можно выделить неоднородность строения – волокна могут иметь различную прочность. Еще один недочет стройматериала – гигроскопичность: при повышении влажности дерево может набухать, а при усушке – уменьшаться в объеме. Изменение размеров изделия приводит к появлению трещин и короблению.

Некоторые породы подвержены гниению и разрушению под действием вредных микроорганизмов. Однако этот недостаток легко устранить, обработав материал антисептиками. К значительным минусам древесины можно отнести и легкую воспламеняемость – конструкции из нее огнеопасны, если не покрыты антипиренами.

Чтобы использование деревянных стройматериалов было максимально эффективным, специалисты должны тщательно изучить их отрицательные свойства. Большинство недостатков изделий из дерева можно смягчить или ослабить с помощью современных технологий обработки и специальных пропиток.

Преимущества древесины

Пиломатериалы из сибирской лиственницы

Пиломатериалы из сибирской лиственницы и других прочных пород древесины обладают множеством преимуществ. К ним можно отнести:

  • долговечность – срок службы конструкции или отделки достигает нескольких десятков лет;
  • устойчивость к влаге – смола, входящая в состав хвойных пород, в условиях высокой влажности затвердевает и делает изделие еще прочнее;
  • защищенность от жуков-древоточцев – вредные насекомые не переносят смол и дубильных веществ, содержащихся в сибирской лиственнице, поэтому не заводятся в изготовленных из нее пиломатериалах;
  • привлекательный внешний вид – на стройматериалах из лиственницы просматривается красивый и выразительный рисунок годовых колец.

Кроме того, стоит отметить, что древесина твердых пород устойчива к механическим повреждениям – может выдерживать сильные удары и нагрузки. Деревянные стройматериалы, используемые для внутренней отделки зданий, как правило, не имеют дефектов – трещин, сучков, потемнений, а также отлично сочетаются с классической мебелью.

Еще одно важное преимущество пиломатериалов – экологичность. Деревянная отделка не только привлекательно выглядит, но и позволяет создать в помещении комфортный микроклимат и уютную атмосферу. Например, изделия из сибирской лиственницы благодаря высокой концентрации смол распространяют приятный аромат, что благотворно сказывается на здоровье жильцов. К тому же деревянные конструкции достаточно легки и не создают дополнительную нагрузку на фундамент. Строительные материалы из дерева вполне доступны по цене. Они просты в обработке, удобны в хранении и транспортировке.

Древесина как строительный материал

Начиная с древних времен, до сегодняшних дней, мы отдаем предпочтение древесине, несмотря на разнообразие альтернативных материалов, предлагаемых современным рынком. Древесина традиционно является одним из важнейших строительных материалов, чему способствует ее прекрасные декоративные свойства, широкое распространение, легкость добычи и обработки, а также высокие показатели прочности при малом объемном весе.
Часть I: Структура древесины
Часть II: Физические свойства древесины
Часть III: Породы древесины
Часть IV: Факторы разрушения древесины
Часть V: Способы защиты древесины

Культура и история России неразрывно связаны с применением древесины.

Начиная с древних времен, до сегодняшних дней, мы отдаем предпочтение древесине, несмотря на разнообразие альтернативных материалов, предлагаемых современным рынком. Древесина традиционно является одним из важнейших строительных материалов, чему способствует ее прекрасные декоративные свойства, широкое распространение, легкость добычи и обработки, а также высокие показатели прочности при малом объемном весе.

Передовые технологии в сочетании с уникальностью природных свойств древесины позволяют создавать из дерева долговечные деревянные конструкции, восхищающие своей красотой и совершенством.

Симпатия к древесине кроется не только в многовековых традициях использования, но и в несомненных преимуществах — технических, эстетических характеристиках и неповторимой экологичности таких конструкций. Ведь важнейшими аргументами при выборе дома являются его экологическая безопасность, практичность и удобство.

Темпы строительства деревянных домов растут год от года благодаря уникальным свойствам живой древесины, способной «дышать», насыщая воздух благоуханием.

К сожалению, наряду со всеми достоинствами, древесине свойственны и недостатки, значительно ограничивающие применение деревянных конструкций. К таким недостаткам можно отнести опасность загнивания и возгорания, усушка, разбухание, коробление, растрескивание, неоднородность строения и т.п.

Эти недостатки легко устранимы — современная наука выработала различные методы долговременной защиты древесины.

Макроструктура древесины

В растущем дереве различают корень, ствол, крону. Ствол — главная и наиболее ценная часть дерева. Строительную древесину получают из ствола дерева, от особенностей строения которого зависит качество древесины как строительного материала.

Строение ствола дерева, видимое невооруженным глазом, назовём макроструктурой.

Чтобы получить представление о макроструктуре древесины, ее рассматривают с трех основных распилов — поперечного, радиального и тангенциального (рис.1)

Рис.1 Распилы древесины

а) Продольный распил — проходит через сердцевину ствола.

б) Тангенциальный распил — проходит вдоль ствола, но удален от сердцевины на разное расстояние.

в) Поперечный распил — проходит перпендикулярно оси ствола и образует торцевую плоскость.

Древесина, распиленная в разных направлениях, имеет различную текстуру (рисунок), и отличается своими качествами и свойствами.

На поперечном разрезе ствола древесного растения можно выделить следующие основные макроструктурные единицы древесины:

  • Кора
  • Камбий
  • Заболонь древесина
  • Ядро
  • Сердцевина

Кора — защитный покров ствола дерева, состоящий из внешнего пробкового и внутреннего лубкового слоев. это своеобразная кожа дерева, предохраняющая его от воздействия внешней среды, а также участвующая в регуляции дыхания.

Луб — непосредственно примыкающий к камбию внутренний слой коры (флоэма), состоящий в основном из живых клеток, выполняющий проводящую функцию орт кроны дерева к его корневой системе.

Камбий — одноклеточный слой живых клеток, поочередно делящихся в сторону заболони и в сторону луба, обеспечивающий рост дерева в толщину.

На поперечном разрезе древесины можно различить концентрические слои прироста, называемые годичными кольцами, которые светлее к поверхности дерева и темнее у центра. Светлая часть древесины называется заболонью, а темная — ядром.

Годичное кольцо — слой древесины, образовавшийся за один год.

На радиальном разрезе годичные слои имеют вид продольных и прямых полос, на тангенциальном — извилистых конусообразных линий. Подсчитав годичные кольца, можно узнать, сколько лет прожило дерево.

Заболонь — как, более молодая часть ствола, менее устойчива к загниванию, чем ядро, но более эластична. Ширина заболони колеблется в зависимости от породы, условий произрастания и других факторов. У одних пород ядро образуется на третий год (тис, белая акация), у других — на 30…35-й год (сосна). Поэтому заболонь у тиса узкая, у сосны широкая.

Ядро образуется за счет отмирания живых клеток древесины, закупорки водопроводящих путей, отложения дубильных, красящих веществ, смолы, солей, поэтому, ядро обычно гораздо темнее заболони. В результате этого изменяются цвет древесины, ее масса и показатели механических свойств. Ядро у многих пород окрашено в более темный цвет, оно является самой ценной, самой прочной частью древесины.

Сердцевидные лучи. На поперечном разрезе некоторых пород хорошо видны невооруженным глазом светлые, часто блестящие, направленные от сердцевины к коре линии — сердцевидные лучи. Сердцевидные лучи имеются у всех пород, но видны лишь у некоторых. Особенно хорошо сердцевинные лучи видны у дуба, бука, платана. Сердцевинные лучи служат для прохода в поперечном направлении по стволу воды, воздуха и органических веществ, вырабатываемых деревом.

Сердцевина находится внутри первого годичного слоя, в центре ствола и проходит по всей его длине. Она представляет собой рыхлую ткань, которая легко разрушается живыми организмами, состоит в основном из живых клеток, образующаяся за счет деления клеток верхушечной образовательной ткани при росте дерева в высоту. Сердцевина не применяется в строительстве.

Это интересно
По имеющимся оценкам, калифорнийские секвойядендроны доживают до 5000 лет, но число действительно подсчитанных у них годичных колец пока не превышает 3200.

Для хвойный пород характерно наличие смоляных ходов, в которых накапливаются экстрактивные, дубильные, эфирные вещества, придающие хвойной древесине неповторимый аромат.

Древесина лесных пород окрашена обычно в светлый цвет. При этом у одних пород вся масса древесины окрашена в один цвет (ольха, береза, граб), а других центральная часть имеет более темную окраску (дуб, лиственница, сосна). Темная часть ствола — ядро, а светлая периферическая — заболонь. У некоторых безъядровых пород наблюдается потемнение центральной части ствола. В этом случае темная центральная зона называют ложным ядром.

В зависимости от относительного содержания влаги и соотношения величины заболони и ядра древесные породы делятся на ядровые, и заболонные.

У ядровых пород заболонь имеет значительное содержание влаги и светлее ядра. Ядровые породы имеют древесину, однородную по цвету. Содержание влаги в ядре меньше, чем в заболони. Заболонные породы отличаются наиболее однородным строением, ядро и заболонь практически неразличимы ни по цвету, ни по содержанию влаги.

Рисунок, который образуют на поверхности деталей из древесины слои, сосуды и сердцевинные лучи, называется текстурой древесины. Такие породы дерева, как, например, орех, дуб, ясень, карельская береза, красное дерево и другие, имеют очень красивую текстуру, которую во время отделки стараются сохранить и сделать более четкой.

Микроструктура древесины

Если посмотреть на тонкий распил древесины под микроскопом, можно увидеть, что она состоит из тканей, образованных клетками. (Рис.)

Именно благодаря уникальности строения клеточной стенки древесина обязана такими свойствами как прочность и гибкость.

Древесина преимущественно состоит из сложных органических соединений. Органические вещества можно представить четырьмя основными группами:

  • Целлюлоза
  • Гемицеллюлозы
  • Лигнин
  • Экстрактивные вещества

В состав древесины входит порядка 45-60% целлюлозы, 15-35% лигнина и 15-25% гемицеллюлоз.

Количество экстрактивных веществ в значительной мере зависит от породы и неодинаково в заболони и ядровой древесине.

Содержание минеральных веществ (зольность) древесины обычно значительно меньше 1%. Минеральные вещества преимущественно представлены солями кальция и магния.

Стенка клетки имеет сетчатую структуру из взаимосвязанных длинноцепных молекул целлюлозы, наполненную другими углеводородами (гемицеллюлозами), а также лигнином и различными экстрактивными веществами.

Если сравнить древесину с армированным бетоном, то функцию арматуры в древесине исполняет целлюлоза и гемицеллюлоза, а связующим веществом является лигнин.

Элементарный химический состав древесины всех пород практически одинаков. Органическая часть абсолютно сухой древесины содержит в среднем 49-50 % углерода, 43-44 % кислорода, около 6 % водорода и 0,1-0,3% азота. При сжигании древесины остается ее неорганическая часть — зола (0,1 — 1,0 %). В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний, в меньших количествах фосфор, сера и другие элементы. Они образуют минеральные вещества, большая часть которых (75 — 90%) не растворима в воде. Среди растворимых веществ преобладают соли щелочных металлов — карбонаты калия и натрия, а из нерастворимых — соли кальция.

Схема химического состава древесины

Свойства древесины сильно зависят от химического состава. Древесина хвойных пород отличается от лиственных несколько большим содержанием лигнина и, особенно, гексозанов. У древесины лиственных пород среди гемицеллюлоз преобладают пентозаны. Только в составе экстрактивных веществ хвойной древесины содержатся смоляные кислоты. В ранней зоне годичного слоя, целлюлозы меньше, чем в поздней. Целлюлозы, лигнина и экстрактивных веществ в заболони хвойных пород меньше, чем в ядре.

У некоторых лиственных пород (ясень, дуб) содержание целлюлозы в ядре больше, чем в заболони. В древесине ветвей содержание целлюлозы на 3-10 % меньше, чем в стволе. Кора по элементному химическому составу мало отличается от древесины, но количество минеральных веществ в ней больше, чем в древесине. Соотношение между основными органическими веществами в коре также иное, чем в древесине, здесь значительно меньше целлюлозы (особенно в корке).

Древесина, как строительный материал:

  • Часть I: Структура древесины
  • Часть II: Физические свойства древесины
  • Часть III: Породы древесины
  • Часть IV: Факторы разрушения древесины
  • Часть V: Способы защиты древесины

Древесина — плюсы и минусы

Древесина - плюсы и минусы

Древесина всегда являлась очень распространенным, традиционным материалом в строительстве. Благодаря целому набору определенных качеств, древесные материалы используется не только в декорировании помещений, но и в постройке каркасов целых зданий и сооружений.

Главный плюс древесины — способность поддерживать баланс температуры и влажности внутри помещения в любое время года. В сравнении, например, с камнем, древесина сохраняет тепло до пяти раз эффективнее, что является неоспоримым плюсом материала. Натуральность и экологичность также являются очевидными преимуществами деревянных элементов. Пластичность и упругость древесины позволяет легко обрабатывать материал, упрощает работу с ним, а такие качества как прочность, высокая стойкость при малом весе самого изделия, а также звукоизоляционный эффект и делают древесину неотъемлемой частью современного строительства.

Но у древесины есть и отрицательные стороны. Прямая зависимость от окружающей среды, ведущая к разбуханию или усыханию материала делает его уязвимым к погодным условиям. Повышенная или пониженная влажность, температурные колебания- все это оказывает пагубное влияние на деревянные сооружения, ведет к деформации и разрушению деталей. Большой шанс воспламенения материала также сокращает сферу использования древесины.

Неоднородность свойств материала, находящаяся в зависимости от сучков и их положения, направления волокон, влажности дерева и его особенностей- все это является главными пороками древесины.

На данный момент существует множество химических составов на совершенно различных основах, обработка которыми существенно снижает влияние окружающей среды на материал и продлевает жизнь деревянными конструкциям и сооружениям на многие десятилетия.

Строительная древесина. Свойства

свойства древесины

Строительные конструкции очень часто делают из дерева. Это связано с физико-механическими свойствами этого материала. Однако перед использованием древесину необходимо тщательно подготовить. Осуществляя определенный вид обработки, получается разнообразный ассортимент древесины.

Содержание скрыть

Дефекты древесины и конструкции.

Одним из основных критериев при принятии решения о том, можно ли использовать древесину в качестве строительного материала, являются ее дефекты. Один из них допускает использование, так как не снижает прочностных свойств, а другой в значительной степени их изменяет.

Примером может служить синяя морилка, которая только увеличивает гигроскопичность древесины, крупных наростов или пробки (древесина с вросшей корой — удаляемая). Однако совсем иначе будет ситуация в случае мягкой гнили или перекручивания древесных волокон. Эти недостатки не позволяют использовать дерево в качестве строительного материала для элементов.

Твердость и прочность таких элементов будут значительно уменьшена, и они могут подвергнуться деформациям, недопустимым по строительным законам. Другими недостатками, которые не позволяют использовать древесину, являются: трещины поперек волокон или наличие проходящих сучков.

Стоит отметить, что отсутствие дефектов значительно облегчает последующую обработку, а значит, обойдется дешевле. Поэтому стоит вкладывать средства в исправный и неповрежденный материал.

Методические рекомендации.

Породы деревьев

В строительстве используются разные породы дерева. В связи с функциями, которые должны выполнять элементы конструкции, рекомендуется использовать древесину хвойных пород. Чаще всего сосну. Почему? Если сосновая древесина имеет правильную форму и небольшое количество хорошо разросшихся сучков, она отличается высокой прочностью и эластичностью.

В то же время материал мягкий, поэтому с ним легко работать. Иная ситуация с древесиной ели, которая легко трескается. Обрабатывать такую древесину намного сложнее. По этим причинам материал не используется для элементов конструкции.

Класс прочности

Стандарт PN-EN 1995-1-1 позволяет ознакомиться со значениями прочностных свойств отдельных пород древесины. Именно он устанавливает правила оформления из дерева.

Рекомендуется, чтобы прочность строительного бруса на изгиб была не ниже 27 МПа — класс прочности С27.

Влажность древесины — одно из важнейших физических свойств. Строительная древесина должна быть подготовлена таким образом, чтобы содержание воды соответствовало требованиям. Если конструкция из массива дерева защищена от влаги, влажность древесины не должна превышать 18%, а в случае конструкций, расположенных на воздухе, составляет 23%. К клееным конструкциям предъявляются особые требования к технологии склеивания, при которой максимальная влажность древесины составляет 15%.

Подготовка

Для того, чтобы придать древесине указанные свойства, ее необходимо заранее правильно подготовить и пропитать. В этом случае потребуется сушка, потому что натуральное дерево обладает повышенной влажностью, чем древесина с указанным выше максимальным диапазоном влажности.

Сушка может производиться естественным или искусственным путем, т.е. в камере. Второй способ гораздо более популярен из-за более короткого времени высыхания.

Строительный брус также необходимо распиливать и обрабатывать по правилам. Края необходимо ровно обрезать (обрезная древесина).

Четырехсторонний строганный брус — популярное решение в случае стропильной фермы. Благодаря такой обработке он становится более устойчивым к огню и атакующим их насекомым.

Также можно пропитывать защиту от насекомых и грибков. Самый дешевый метод — покраска поверхности пропиткой. Пиломатериалы также пропитывают путем погружения в специальные пропитки.

Типы древесины

По технологии формирования строительного бруса можно выделить:

  • Массив дерева — обработка осуществляется распилом круглого леса, в результате чего получаются доски или рейки. Они имеют прямоугольное поперечное сечение, а их стандартная длина может составлять до 6,3 м. В случае сложных конструкций используются соединители — специальные пластины.
  • Клееная древесина — как следует из названия: эта древесина создается путем склеивания полос или шпона (деревянных листов) вместе.

Клееный брус строгается с четырех сторон. Материал используют при выполнении стропильных крыш и слуховых окон.

Использование этой породы дерева для строительных элементов часто требует заказа. Из-за возможности достижения конструктивными элементами больших пролетов, превышающих 40 м, клееный брус популярен в зданиях с гораздо большей кубатурой, чем в одноквартирных домах. Однако это не означает, что его нельзя использовать для небольших конструкций.

Преимущества клееного бруса по сравнению с массивной древесиной: гораздо меньшая склонность к трещинам, деформациям и большая устойчивость к погодным условиям.

Производство строительного бруса — сложный процесс, который не ограничивается только производством. Использование новых технологий в этом процессе способствует растущему интересу к натуральному строительному материалу — дереву.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 3.5 / 5. Количество оценок: 2

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *