Свойство лесоматериалов

Содержание

1 Вопрос. Назовите особенности микростроения коры

2 Вопрос. На какие показатели плотности древесины и как влияет е влажность?

3 Вопрос. Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в древесине

4 Вопрос. Какие факторы определяют природную биостойкость древесины?

5 Вопрос. Назовите поштучные и групповые методы измерения объема лесоматериалов

6 Вопрос. Чем отличаются фанерные плиты от листовой фанеры?

Задача

1 Назовите особенности микростроения коры

Во взрослом дереве кора имеет две четко выделяющиеся зоны: луб и корку.

Луб, как и вторичная древесина, включает в себя анатомические элементы, выполняющие проводящую, механическую и запасающую функции. Проводящую функцию в лубе выполняют ситовидные анатомические элементы. Ситовидные клетки характерны для хвойных пород. Они представляют собой узкие длинные клетки со скошенными концами, напоминающие трахеиды. На концах и боковых стенках расположены в виде эллипсов похожие на сита участки с многочисленными мелкими отверстиями. Ситовидные клетки смыкаются друг с другом по концам «внахлестку», образуя продольные ряды.

Ситовидные трубки, которые представляют проводящую ткань луба лиственных пород, напоминают сосуды. Членики ситовидных трубок отделены поперечными (иногда несколько наклонными) перегородками с множеством мелких отверстий, равномерно распределенных или собранных в группы. К ситовидным трубкам сбоку примыкают паренхимные клетки-спутницы; иногда на каждый членик приходится несколько таких клеток меньшей длины.

Оба типа ситовидных анатомических элементов луба (ситовидные клетки и ситовидные трубки) в отличие от трахеид и сосудов древесины имеют нелигнифицированные целлюлозные оболочки и живой протопласт. Ситовидные элементы функционируют у большинства пород в течение одного сезона, а затем отмирают, причем у лиственных пород одновременно с ситовидными трубками отмирают и их клетки-спутницы.

Ширина ситовидных клеток сосны (по данным И. С. Гелеса) 29...50 мкм, длина 2,5...5.9 мм. Диаметр ситовидных трубок 20...30 мкм, длина члеников — несколько десятых миллиметра.

Механическую функцию в лубе выполняют лубяные волокна и каменистые клетки. Лубяные волокна предохраняют от сдавливания расположенные среди них ситовидные элементы. Волокна похожи на волокна либриформа, также имеют толстые одревесневшие стенки с простыми порами и очень малые полости. У хвойных пород лубяных волокон сравнительно мало, а у сосны их вообще нет. Много их у липы, тополя, ивы и других лиственных пород. Лубяные волокна липы, толщина которых 30.... 250 мкм, а длина 0,88... 1,26 мм, образуют переплетающиеся между собой тяжи, охватывающие ствол в виде сетки.

Каменистые клетки, имеющие вид многогранников, значительно короче, но обычно шире лубяных волокон, иногда имеют ветвистую форму (у пихты). Свое название они получили за твердость стенок, которые сильно утолщены и пропитаны лигнином. Многочисленные поры в стенках простые.

У некоторых пород механические функции в лубе выполняют одни каменистые клетки (ель, лиственница, пихта, береза, бук, платан), у других пород они помогают в этом лубяным волокнам (дуб, ива, ольха, клен, ясень).

Запасающую функцию в лубе выполняют паренхимные клетки, которые, как и в древесине, образуют две системы: горизонтальную (лубяные лучи) и вертикальную (лубяную паренхиму). Лубяные лучи, пересекающие луб в радиальном направлении, являются продолжением сердцевинных лучей. Иногда, например, у сосны, встречаются разнородные-лубяные лучи, состоящие из вытянутых по длине (лежачих) и по высоте (стоячих) паренхимных клеток. Лежачие клетки расположены в середине луча, а стоячие — по краям (рис. 1.1). Клетки лубяных лучей имеют неодревесневшие стенки. Некоторые из лучей пронизывают весь луб, другие, начинаясь от камбия, до корки не доходят.

Рис. 1.1. Радиальный разрез ствола сосны у границы луба (слева) и древесины (справа):

1 — ситовидная клетка; 2 — стоячая паренхимная клетка лубяного луча; 3 — лежачая паренхимная клетка сердцевинного луча; 4 — горизонтальные трахеиды; 5 — паренхимная клетка сердцевинного луча; 6 — окаймленная пора; 7 — трахеида; 8 — камбий.

Лубяная паренхима может быть представлена веретено - видными клетками или тяжами. В определенное время года они накапливают крахмал; особенно заметными они становятся, когда содержат смолы или дубильные вещества. У некоторых пород (сосна) они располагаются отдельными группами, у других (липа) вместе с ситовидными трубками образуют тангенциальные прослойки (на поперечном разрезе).

Корка содержит прослойки из пробковых клеток и участка отмершего луба. Пробковые клетки имеют форму многогранников, несколько вытянутых вдоль оси стебля и сплюснутых в радиальном направлении. Они располагаются радиальными рядами очень плотно (без межклетников), вскоре после образования отмирают. Это связано с отложением в их стенках особого органического вещества — суберина. Прослойки суберина чередуются с прослойками воска, который главным образом обеспечивает непроницаемость клеточных стенок (они не имеют пор) для воды и газов. Тонкостенные пробковые клетки, заполненные воздухом, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Защитные функции корки в растущем дереве в основном обусловлены присутствием в ней пробковых клеток.

У некоторых пород (береза, бук) корка представлена только пробковыми клетками. Такие породы отличаются гладкой поверхностью коры. Газообмен между окружающей средой и внутренними частями ствола осуществляется через чечевички — структурные образования с неплотно расположенными клетками. Чечевички в виде темных узких поперечных полосок длиной до 10... 15 см хорошо видны на белой поверхности стволов березы.

Толстый слой корки предохраняет ствол от обгорания при лесных пожарах. Особенно толстая корка, состоящая в основном из пробковых клеток, у пробкового дуба и бархатного дерева. Корку этих деревьев (пробковое корье) периодически срезают и используют для технических целей.

2 На какие показатели плотности древесины и как влияет ее влажность?

Плотность представляет собой массу единицы объема материала и имеет размерность кг/м³ или г/см³.

Плотность древесинного вещества, г/см³, т. е. плотность материала клеточных стенок,

(2.1)

где m_д.в и V_д.в — соответственно масса, г, и объем, см³, древесинного вещества.

Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см³, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины. Плотность абсолютно сухой древесины, г/см³ или кг/м³,

 (2.2)

где m₀ и V₀ — соответственно масса, г или кг, и объем, см³ или м³, древесины при W=0%.

Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).

Плотность влажной и сырой древесины, г/см³ или кг/м³,

 

(2.3)

где m_Wи V_W - соответственно масса, г или кг, и объем, см³ или м³, древесины при одной и той же некоторой влажности W.

Зависимости между р_W и р₀ имеют следующий вид.

;(2.4)

 (2.5)

До наступления предела насыщения клеточных стенок плотность древесины изменяется мало, а при дальнейшем увлажнении резко возрастает.

Плотность древесины при нормализованной влажности p₁₂ представляет собой отношение массы образца при влажности, равной 12 %, к его объему при той же влажности.

Парциальная плотность древесины, г/см³ или кг/м³, характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объема влажной древесины:

 (2.6)

где m₀ — масса абсолютно сухой древесины, г или кг; V_W— объем, см³ или м³, древесины при данной влажности W.

Зная плотность древесины p_W при данной влажности W, можно определить  по формуле

 (2.7)

Базисная плотность древесины р_б, г/см³ или кг/м³, представляет собой отношение массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок:

 (2.8)

Раньше это отношение называли условной плотностью древесины р_усл, подчеркивая кажущуюся искусственность этой характеристики. На самом деле показатель р_б имеет вполне определенный физический смысл, характеризуя массу древесинного вещества в единице объема свежесрубленной или максимально разбухшей древесины. Показатель р_б представляет собой минимальную парциальную плотность древесины и не зависит от влажности.

По плотности древесины при 12%-ной влажности породы можно разделить на три группы: с малой (р₁₂<540), средней () и высокой (p₁₂> 750) плотностью древесины. Диапазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100... 130 (бальза) до 1300 (бакаут).

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) вода находится в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, удаление ее (особенно адсорбционной фракции) затруднено и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая силами капиллярного взаимодействия, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Принято называть древесину влажной, если она содержит только связанную воду, и сырой, если она содержит кроме связанной и свободную воду.

Максимальное количество связанной воды в клеточных стенках соответствует пределу их насыщения или пределу гигроскопичности. Раньше в древесиноведческой литературе эти понятия отождествляли. Однако, как показали исследования области применения этих терминов должны, быть различными.

Предел насыщения клеточных стенок W_п.н — это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при увлажнении древесины в воде; характеризуется равновесием влажности клеточных стенок с водой, находящейся в полостях клеток у сырой древесины.

Этот показатель, %, можно определить по формуле

 (2.9)

где р_б и р₀ — соответственно базисная плотность древесины и плотность абсолютно сухой древесины, г/см³; р_в — плотность связанной воды, г/см³.

Расчеты, выполненные автором по этой формуле на основе экспериментально полученной в МЛТИ В. П. Галкиным и Э. Б. Щедриной степенной зависимости между разбуханием и плотностью древесины (эта зависимость необходима для определения р_б), показали, что с увеличением плотности предел насыщения клеточных стенок W_п.н значительно снижается. Это вызвано тем, что уменьшается площадь поверхности клеточных стенок, в углублениях которых удерживается микрокапиллярная вода. Следовательно, уменьшается количество связанной воды, характеризующее W_п.н. Использование данных, приведенных в табл. 2.1 (см. далее), показывает, что среди наиболее распространенных пород W _п.н колеблется от 38 % (пихта) до 24 % (граб).

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Температура, °С Рис. 2.1. Диаграмма равновесной влажности (по П.С.Серговскому)

При изменении плотности в большем диапазоне (100... 1100 кг/м3) среди 117 зарубежных пород величина W_п.н находится в пределах 53...22% (Т.В.Галкина, МГУЛ).

При инженерных расчетах используют среднюю величину W_п.н (30 %). Такое значение может быть принято для древесины пород, произрастающих в умеренном климатическом поясе.

Предел гигроскопичности W_п.г — это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при поглощении влаги из воздуха; характеризуется отсутствием воды в полостях клеток и равновесием влажности клеточных стенок и воздуха, приближающегося к насыщенному состоянию. Этот показатель может быть определен прямым экспериментом по ГОСТ 16483.32—77, предусматривающим выдерживание стружек в воздухе при его относительной влажности . Предел гигроскопичности, по исследованиям Б.С.Чудинова (ИЛД), как и предел насыщения клеточных стенок, увеличивается с уменьшением плотности древесины, когда возрастает поверхность клеточных стенок с микроуглублениями, в которых происходит конденсация влаги из воздуха.