Характеристики древесины как конструкционного материала

 

Расчетные сопротивления древесины – применяются в нормативной документации, для характеристики древесины как конструкционного материала. Эти сопротивления установлены для испытания больших образцов натуральных размеров. Расчетные сопротивления в несколько раз ниже показателей, полученных на чистой древесине.

Для сравнительной оценки качества древесины разных пород используют удельные характеристики механических свойств. Эти характеристики получают делением показателя свойств на плотность древесины. По удельной прочности на сжатие и изгиб древесина хвойных пород превосходит лиственные, по остальным показателям наоборот.

Неразрушающие методы контроля.

Методы – позволяющие определитьпрочность древесины вготовом материале илиизделии, не вырезая из него образец и не разрушая его. Широко применяется за рубежом, для оценки качества древесины по прочности.

1. Визуальные методы, основаны на определении макроскопических показателей, тесно связанных с прочностью: а) средней ширины годичного слоя; б) % содержания поздней древесины в годичном слое, в) плотности.

2. Методы, основанные на связи между прочностью древесины и ее упругостью.

3. Ультразвуковые методы (по скорости распространения ультразвука).

 

      

 

             ЛЕКЦИЯ № 6 «ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ»

                                         4 часа

 

                                     План

1. Что такое пороки?                                            

2 Классификация пороков.

3 Сучки – разновидности, влияние на качество, измерения.

4 Трещины - разновидности, влияние на качество, измерения.

5. Пороки формы ствола – виды, влияние на качество, измерения.

6. Пороки строения древесины – разновидности, влияние на качество, измерения.

7. Грибные поражения – виды, влияние на качество, измерения.

8. Биологические повреждения – разновидности, влияние на качество, измерения.

9. Покоробленности – разновидности, влияние на качество измерения.

10.Инородные включения, механические повреждения и пороки обработки – разновидности, влияние на качество, измерения.

 

        

Пороки, классификация пороков

 

Качество лесоматериалов определяется главным образом породой древесины и нормами допускаемых пороков.

    Изменение внешнего вида древесины, нарушения правильности строения, целостности и другие недостатки, снижающие ее качество и ограничивающие возможности использования, называются пороками древесины.

    Степень влияния пороков на качество древесины зависит от вида порока, его размера, местоположения, а также от характера и назначения самого сортимента. Поэтому один и тот же порок в одних сортиментах не допускается, в других снижает сортность, а в третьих, почти не имеет значения.

    Описание пороков дано в соответствии с ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины». Согласно ему все пороки подразделяются на 9 групп: сучки; трещины; грибные поражения; химические окраски; биологические повреждения; пороки строения древесины; пороки формы ствола; инородные включения, механические повреждения и пороки обработки; покоробленности.

Сучки

 

Сучки - это основания ветвей, заключенные в древесине.

Разновидности сучков определяются по следующим характерным признакам:

В круглых лесоматериалах: открытые – выходят на боковую поверхность сортимента; заросшие – не выходят на боковую поверхность, наблюдаются в виде вздутия или бровок.

В пиломатериалах:

1 По положению в сортименте:

пластевые – выходят на пласть пиломатериала;

кромочные – выходят на кромку;

ребровые – выходят на ребро;

торцовые – выходят на торец;

сшивные – выходят на два ребра одной стороны сортимента.

2 По форме разреза на поверхности сортимента:

круглый – отношение максимального диаметра (D) к минимальному       

               (d) меньше 2; D/d< 2;

овальный – 2 < D/d < 4;

продолговатый – D/d > 4.

3 По взаимному расположению:

разбросанные – расстояние между сучками больше ширины 

                       сортимента, а при ширине более 150 мм – на

                       расстоянии более 150 мм;

групповые – расстояние между сучками менее ширины сортимента;

разветвленные – два или более сучка одной мутовки.

4 По состоянию древесины сучка:

здоровый – светлые, темные, с трещиной;

загнивший – гниль составляет менее 1/3 площади сучка;

гнилой – гниль составляет более 1/3 площади сучка;

табачный – древесина деградированная, ржаво-бурого цвета.

5 По степени срастания сучка с окружающей древесиной:

сросшийся - сросшаяся часть составляет больше ¾ периметра

                             сучка;

частично сросшийся – сросшаяся часть составляет больше ¼, но

                                              меньше ¾ периметра сучка;

несросшийся – сросшаяся часть менее ¼ периметра;

выпадающий – сучка нет, или он сдвигается при легком

                                 нажатии.

6 По выходу на поверхность:

односторонний – выходит на одну или две смежные стороны 

                                    сортимента;

сквозной – выходит на две противоположные стороны

                         сортимента.

Влияние на качество лесоматериалов: сучки искажают внешний вид древесины, нарушают однородность строения, снижают прочность при изгибе, затрудняют механическую обработку, увеличивают прочность при сжатии, скалывании.

Способы измерения. В круглых лесоматериалах открытые сучки измеряют по наименьшему диаметру.

Заросшие сучки у хвойных пород измеряют по высоте вздутия над поверхностью сортимента. Заросшие сучки у лиственных пород – по наибольшему диаметру раневого пятна.

    В пиломатериалах размеры сучков определяют: по наименьшему диаметру (в) или по расстоянию между касательными, проведенными параллельно продольной оси сортимента.

                          

Трещины

 

Под трещинами понимают разрывы древесины вдоль волокон, образующиеся под действием внутренних напряжений. Трещины в зависимости от характерных особенностей различают по типам, по положению в сортименте, по глубине, по ширине.

Типы трещин.

1) Метиковая – радиально направленная трещина в ядре или спелой древесине, проходящая через сердцевину и имеющая значительную протяженность по длине сортимента.

Метиковая трещина возникает в растущем дереве у всех пород и увеличивается в срубленной древесине в процессе сушки. В круглых лесоматериалах трещина видна на торцах. В пиломатериалах – как на торцах, так и на боковых поверхностях.

    В зависимости от расположения в круглом сортименте метиковые трещины делятся на простые и сложные.

    Простая метиковая трещина – одна или две трещины, расположенные на обоих торцах сортимента в одной плоскости.

    Сложная метиковая трещина – одна или несколько трещин, расположенных на торцах сортимента в разных плоскостях.

    2) Отлупная – трещина, проходящая между годичными слоями. Возникает в растущем дереве. В круглых лесоматериалах видна на торцах в виде дугообразных или кольцевых трещин между годичными слоями.

    3) Морозная – радиально направленная трещина, проходящая с боковой поверхности в глубь сортимента и имеющая значительную протяженность по длине. Возникает в растущем дереве, преимущественно у лиственных пород, под действием низких температур. Сопровождается образованием характерных валиков разросшейся древесины и коры. В круглых лесоматериалах видна на боковой поверхности в виде длинных и глубоких трещин.

4) Трещины усушки – радиально направленные трещины, возникающие в срубленной древесине при сушке. В отличии от метиковых и морозных трещин имеют меньшую протяженность по длине и меньшую глубину.

По положению в сортименте трещины делятся:

Боковая – выходящая на боковую поверхность или на боковую поверхность и торец;

Пластевая - выходящая на пласть или на пласть и торец;

Кромочная – выходящая на кромку или на кромку и торец;

Торцовая – выходит только на торец.

По глубине:

Несквозная – выходит на боковую поверхность сортимента или на одну боковую поверхность и торец;

Сквозная – выходит на две боковые поверхности или имеет два выхода на одну боковую поверхность;

Неглубокая – несквозная трещина в круглых лесоматериалах глубиной не более 1/10 диаметра торца, но не более 7 см; а в пиломатериалах – глубиной не более 5 мм.

Глубокая – несквозная трещина в круглых лесоматериалах глубиной более 1/10 диаметра торца; в пиломатериалах – глубиной более 5 мм.

По ширине:

Сомкнутая – трещина шириной не более 0,2 мм;

Разошедшаяся – трещина шириной более 0,2 мм

 

    Влияние на качество лесоматериалов. Трещины, особенно сквозные, нарушают целостность материала и в некоторых случаях снижают их механическую прочность. Наиболее отрицательное влияние они оказывают на прочность при растяжении поперек волокон и при скалывании.

 

    Измерения трещин.

В круглых лесоматериалах.

Торцовые трещины измеряют:

- по наименьшему диаметру круга (d), в который они вписываются;

- по наименьшей ширине неповрежденной периферической зоны торца (b);

- по наименьшей ширине вырезки, в которую они могут быть вписаны (a).

Торцовые трещины усушки измеряют по глубине (h).

Боковые трещины измеряют по глубине (h) и длине (l).

В пилопродукции:

Боковые трещины измеряют по максимальной глубине и длине.

Торцовые – по глубине и протяженности на торце.

В шпоне:

    Сомкнутые трещины измеряют по длине и учитывают в штуках на 1 м ширины. Разошедшиеся трещины измеряют по длине и наибольшей ширине и учитывают в штуках на 1 м ширины листа.

 

 

Пороки формы ствола

Пороки данной группы представляют собой различные отклонения от нормальной формы ствола и образуются в процессе роста дерева.

 

1) Сбежистость -  постепенное уменьшение диаметра ствола по длине, превышающее нормальный сбег (до 1 см на 1 м длины сортимента).

Влияние на качество древесины. Сбежистость увеличивает количество отходов при распиловке и лущении круглых лесоматериалов и раскрое пилопродукции. Обуславливает появление в пиломатериалах радиального наклона волокон, снижая этим их прочность

Величина сбежистости зависит от породы (стволы хвойных пород менее сбежисты чем лиственных), от положения по высоте ствола (наименьший сбег характерен для средней части ствола, наибольший – для вершинной), от условий роста (более сбежистые стволы формируются у деревьев выросших на открытых местах).

Измерения. Сбежистость измеряют по разности между диаметрами нижнего (D) и верхнего торца (d), отнесенной к его длине (L) и выражают в см/м длины или в процентах.

Сб=(D-d)/L; (см/м; %)

 

2) Закомелистость – резкое увеличение диаметра комлевой части круглых лесоматериалов, когда диаметр комлевого торца более чем в 1,2 раза превышает диаметр сортимента, измеренный на расстоянии 1 м от этого торца.

    В зависимости от формы поперечного разреза различают две разновидности закомелистости: округлая и ребристая.

    Влияние на качество древесины. Затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению, а в остальном влияет также как сбежистость.

 

3) Овальность ствола – форма поперечного сечения торца круглого лесоматериала, когда больший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший.

Влияние на качество. Затрудняет использование круглых лесоматериалов, увеличивает количество отходов, является внешним признаком присутствия в стволе крени или тяговой древесины.

 

    4) Нарост – резкое местное утолщение ствола.

Влияние на качество лесоматериалов. Нарост затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению и осложняет их переработку. Древесина наростов отличается высокой декоративностью.

Измеряется по длине и толщине.

5) Кривизна ствола – искривление ствола по длине. Различают простую кривизну – один изгиб сортимента, и сложную – два и более изгиба.

Влияние на свойства лесоматериалов. Затрудняет использование круглых лесоматериалов по назначению. Увеличивает количество отходов при распиловке и раскрое. Обуславливает появление в пилопродукции радиального наклона волокон.

Измерения. Кривизну измеряют по величине стрелы прогиба (а) в месте наибольшего искривления и относят ко всей длине сортимента (l), выражая в процентах:  Кр=а/l 100%

 

                 

                     6 Пороки строения древесины

 

1) Наклон волокон – отклонение волокон от продольной оси сортимента.

Различают тангентальный наклон волокон (обычно в круглых лесоматериалах) и радиальный (в пиломатериалах).

Влияние на свойства лесоматериалов. Увеличивает прочность древесины при скалывании. Снижает прочность при растяжении вдоль волокон и изгибе. Затрудняет механическую обработку. Снижает способность древесины к гнутью. Тангентальный наклон увеличивает продольную усушку сортиментов и их коробление.

Измерения. По величине отклонения волокон (а) от линии, параллельной оси сортимента. В круглых лесоматериалах - на расстоянии 1м, в пилопродукции – до пересечения с боковой поверхностью сортимента (б). Величину отклонения выражают в процентах.

                                                Нв=а/б 100%

 

2) Крень – изменение строения древесины хвойных пород в сжатой зоне ствола и сучьев, проявляющееся в виде кажущегося утолщения поздней древесины годичных слоев. Наблюдается на торцах лесоматериалов в виде дугообразных участков темно окрашенной древесины, в пиломатериалах – в виде полос темного цвета.

Влияние на свойства лесоматериалов. Повышает твердость, прочность при изгибе и сжатии. Резко увеличивает усушку вдоль волокон, растрескивание и коробление. Затрудняет пропитку.

Измерения. По ширине, длине и по площади, занятой пороком.

 

3) Кармашки. Полости внутри или между годичными слоями, заполненными смолой или камедями.

Влияние на свойства лесоматериалов. Портят внешний вид. Вытекающая из них смола препятствует отделке и облицовыванию.

Измерения. По длине, ширине и глубине. Учитывают в штуках на 1 м длины.

 

4) Сердцевина – узкая центральная часть ствола, состоящая из рыхлой ткани.

Влияние на свойства. Сортименты с сердцевиной легко растрескиваются.

Измерения. Учитывается наличие.

 

5) Двойная сердцевина – наличие в сортименте двух и более сердцевин.

Влияние на свойства лесоматериалов. Затрудняет обработку. Увеличивает количество отходов. Сортименты с двойной сердцевиной легко растрескиваются.

Измерения. Учитывается наличие.

 

6) Прорость – зарастающая или заросшая рана, сопровождающаяся радиальной щелевидной полостью, заполненная остатками коры и омертвевшими тканями. Различают открытую (выходящую на боковую поверхность) и закрытую (не выходящую на поверхность) прорость.

Влияние на свойства лесоматериалов. Нарушает целостность древесины и сопровождается искривлениями годичных слоев.

Измерения. По глубине, длине и ширине

 

7) Сухобокость – омертвевший участок поверхности ствола, возникший в результате повреждения, обычно лишенный коры.

  Влияние на свойства лесоматериалов. Нарушает правильность формы круглых лесоматериалов и целостность древесины. Вызывает искривление годичных слоев.

Измерения. По глубине, ширине и длине.

 

8) Рак – углубления или вздутия, возникающие на поверхности растущего дерева в результате деятельности грибов или бактерий. Различают рак открытый - видимый на поверхности и закрытый – с ненормальными утолщениями древесины возле пораженных мест.

Влияние на свойства лесоматериалов. Изменяет форму круглых сортиментов и строение древесины. У хвойных пород сопровождается сильным смолотечением. Затрудняет использование сортиментов по назначению и их механическую обработку.

Измерения. По ширине, глубине и длине.

 

9) Свилеватость – извилистое или беспорядочное расположение волокон древесины. Различают волнистую - с более или менее правильным расположением волокон и путаную свилеватости – с беспорядочным расположением волокон.

    Влияние на свойства лесоматериалов. Снижает прочность при растяжении, сжатии, изгибе. Повышает прочность при раскалывании. Затрудняет механическую обработку. Повышает декоративные свойства древесины.

 

10) Завиток – местное искривление годичных слоев, обусловленное влиянием сучков или проростей. Различают завиток односторонний - выходящий на одну или две смежные стороны пилопродукции и сквозной – выходящий на две противоположные стороны.

Влияние на свойства лесоматериалов. Снижает прочность древесины практически при всех видах нагрузок.

Измерения. По длине и ширине и учитывают количество штук на 1 м.

 

11) Пасынок – отставшая в росте или отмершая вторая вершина, проходящая под острым углом к оси сортимента на значительном протяжении.

Влияние на свойства лесоматериалов. Нарушает однородность строения древесины. Снижает механические свойства.

Измерения. Так же как и сучки.

 

12) Засмолок – участок древесины хвойных пород, обильно пропитанный смолой.

Влияние на свойства лесоматериалов. Снижает ударную вязкость. Уменьшает водопроницаемость и затрудняет отделку и склеивание.

Измерения. По площади, занятой пороком.

 

13) Ложное ядро – темное, неравномерно окрашенное ядро у древесных пород с нерегулярным ядрообразованием (береза, бук, клен).

Влияние на свойства лесоматериалов. Снижает проницаемость древесины. По биостойкости превосходит заболонь.

Измерения. В круглых лесоматериалах: по наименьшему диаметру круга, в который оно вписано; по наименьшей толщине вырезки; по наименьшей ширине свободной периферической зоны; по площади, занятой пороком.

В пиломатериалах: по длине, глубине и ширине или по площади.

 

                        

Грибные поражения

Грибные поражения возникают от воздействия на древесину деревоокрашивающих (грибные окраски) и дереворазрушающих (гнили) грибов.

Грибы относятся к низшим растениям и для своего развития используют древесину. На древесине грибы развиваются при соблюдении трех условий:

1) положительная температура от 0 до 40 ⁰С, (оптимально 20-30 ⁰С);

2) влажность древесины более 30 %;

3) наличие кислорода.

Грибные окраски

Грибные ядровые пятна (полосы) – ненормально окрашенные участки ядра без понижения твердости древесины.

Плесень – грибница и плодоношения плесневых грибов на поверхности древесины в виде отдельных пятен или сплошного налета. Часто наблюдается на сырой заболони.

Заболонные грибные окраски – ненормально окрашенные участки заболони без понижения твердости древесины. Возникают в срубленной древесине.

Синева – серая окраска заболони с синеватым или зеленоватым оттенком.

Цветные заболонные пятна – оранжевая, желтая, розовая и коричневая окраска заболони.

Побурение древесины – ненормально окрашенные участки заболони лиственных пород бурого цвета разных оттенков и интенсивности. Вызывает некоторое понижение твердости.

Гнили – возникают под воздействием дереворазрушающих грибов, разрушающих клеточную стенку. Гниение может происходить как в растущем дереве, так и в срубленной древесине в процессе ее хранения или эксплуатации.

Ядровая гниль – участки ненормальной окраски ядра (настоящего, ложного и спелой древесины) с пониженной твердостью.

Ядровые гнили по цвету и структуре бывают трех видов:

1) Пестрая ситовая – в начальной стадии появляются белые пятна (выцветы), т.к. разрушается лигнин, а целлюлоза остается. Затем появляются мелкие отверстия. Прочность снижается незначительно. После рубки дерева гниение прекращается.

 

2) Бурая трещиноватая – характеризуется красновато-коричневой, бурой окраской и трещиноватой структурой древесины. Трещины располагаются вдоль и попрек волокон. При дальнейшем развитии древесина распадается на кусочки призматической формы и легко растирается в порошок.

 

3) Белая волокнистая – поражает древесину лиственных безъядровых пород. Пораженная древесина имеет светло-желтую или почти белую окраску, иногда с темными прожилками. На конечной стадии древесина становится мягкой, расщепляется на отдельные волокна и легко крошится.

По месту расположению в стволе гнили бывают: ядровыми и заболонными (наружными), напенными и стволовыми.

Влияние на свойства лесоматериалов. Грибные окраски существенно не снижают прочностные свойства, но портят внешний вид. Гнили резко снижают механические свойства, вплоть до полной непригодности древесины.

Измерения.

В круглых лесоматериалах ядровую гниль измеряют:

- по наименьшей толщине вырезки;

- по наименьшему диаметру окружности (d);

- по наименьшей ширине периферической зоны (b);

- по площади зоны поражения.

Заболонную гниль:

- по глубине и длине зоны поражения;

- по площади зоны поражения.

В пиломатериалах: по длине, ширине и глубине или по площади.

 

         8 Биологические повреждения

 

Повреждения древесины птицами, паразитными растениями, насекомыми и их личинками.

Червоточины – ходы и отверстия в древесине от насекомых.

По величине червоточины бывают: крупные – диаметром более 3 мм и некрупные – диаметром менее 3 мм.

По глубине: поверхностные – глубиной до 3 мм, неглубокие – до 5 мм в пиломатериалах и до 15 мм в круглых лесоматериалах, глубокие – более 5 мм в пиломатериалах и более 15 мм в круглых лесоматериалах, сквозные – выходящие на две противоположные стороны.

Влияние на свойства. Портят внешний вид. Снижают механические свойства (кроме поверхностных червоточин).

Измерения. По наименьшему диаметру и количеству отверстий на 1м длины.

                    

Покоробленности

 

 Это изменение формы сортиментов при распиловке, сушке, хранении или эксплуатации. Различают: продольную покоробленность по пласти – простую и сложную; продольную по кромке; поперечную и крыловатость.

Влияние на свойства лесоматериалов. Затрудняют использование пиломатериалов по назначению, их обработку и раскрой

Измерения. По наибольшей величине прогиба.