Древесиноведение
Контрольное задание № 1.
Вопрос № 2. Строение дерева. Роль каждой из его частей в жизни дерева и их
сырьевое значение. Основные разрезы и части ствола.
Основными органами древесных растений являются корни, ствол и крона (ветви, листья, хвоя).
Корень – безлистный орган дерева, служащий для прикрепления дерева к почве и извлечения из неё воды и растворенных в воде минеральных веществ, передаваемых через ствол к листьям (хвое). Место перехода корня в ствол называют корневой шейкой. Совокупность всех корней дерева называют корневой системой Некоторые виды деревьев имеют хорошо развитый стержневой (главный) корень, глубоко уходящий в почву. У других главный корень рано прекращает свой рост и развиваются боковые корни и таким образом возникает поверхностная корневая система. Корни используют, в основном, для изготовления различных поделок.
Ствол – главный стебель, несущий на себе всю крону. Он составляет до 50-90% объема дерева. Основными частями ствола являются кора, древесина и сердцевина. Кора – наружная часть стеблей и корней. Она является защитным слоем живых тканей ствола и корня от неблагоприятных явлений внешней среды. Древесина придает стволу механическую прочность, проводит воду от корней к листьям и сохраняет запасы питательных веществ, необходимых дереву для начал роста весной следующего года. Особую ценность представляет древесина стволов, используемая самых разнообразных потребностей народного хозяйства. Древесину ствола используют в строительстве, для изготовления целлюлозы в целлюлозно-бумажном производстве, для отопления.
Лист – орган дерева, образующийся на ветви, основная роль которого – фотосинтез, т.е. образование органических веществ из неорганических при помощи света, углекислого газа и воды. Лист служит для дыхания и транспирации. У большинства видов хвойных деревьев хвоя игловидная, линейная или чешуевидная и сохраняется на них по несколько лет. У рода лиственница хвоя опадает ежегодно и развивается весной вновь. Помимо своего прямого назначения, листья и хвоя многих деревьев используются в химической промышленности – для изготовления хвойной витаминной муки, средств для отпугивания и уничтожения насекомых, борьбы с грибами и вирусами, лечебные экстракты, эфирные масла.
Строение и свойства древесины обычно изучают на трех главных разрезах ствола: поперечном и двух продольных: радиальном и тангенциальном.
Поперечный (торцовый) разрез образуется при сечении ствола плоскостью, перпендикулярной его оси. Радиальный разрез образуется при сечении ствола плоскостью, проходящей вдоль его оси через сердцевину, т.е. по радиусу торца ствола, а тангенциальный разрез – продольной плоскостью, направленной по касательной к окружностям годичного прироста древесины, т.е. по хорде торца ствола.
На поперечном, а также на радиальном разрезах видны три основные части ствола: сердцевина, древесина и кора.
Древесина занимает наибольшую по массе часть ствола, находящуюся между корой и сердцевиной. Сердцевина представляет собой небольшое пятнышко, расположенное примерно в центре поперечного сечения ствола.
В древесине некоторых пород внутренняя зона окрашена темнее наружной. Темноокрашенная зона, которая у хвойных пород отличается также меньшим содержанием влаги в свежесрубленном состоянии, называется ядром, а светлая наружная - заболонью. Такие породы называются ядровыми. Ядровые породы отличаются по размерам заболони. Среди безъядровых пород имеются спелодревесные и заболонные.
На поперечном разрезе ствола видны концентрические слои, окружающие сердцевину. Каждое такое кольцо представляет собой прирост древесины за вегетационный период и называется годичным слоем. На радиальном разрезе годичные слои заметны в виде продольных прямых полос, а на тангенциальном разрезе они образуют извилистые, гиперболического вида линии. Годичные слои особенно хорошо видны у хвойных, достаточно четко выделяются у кольцесосудистых лиственных пород.
На поперечном разрезе у ряда лиственных пород хорошо видны светлые, блестящие или матовые полосы, расходящиеся от сердцевины к коре по радиусам и называемые сердцевинными лучами
Вопрос № 12. Формы воды в древесине. Предел гигроскопичности и предел насы- щения клеточных стенок. Равновесная влажность древесины. Степени влажности.
Определить начальную влажность образца Wн и влажность после подсушивания W, если его начальная масса mн, масса после досушивания mw и в абсолютно сухом состоянии mо соответственно равны: 6,28 г, 5,23 г и 4,24 г.
В растущем дереве древесина содержит значительное количество воды, необходимой для жизнедеятельности. 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 прочно удерживается в основном физико-химическими связями; удаление этой воды, особенно ей 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, или 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, проведенные П.С. Серговским и Я.Н. Станко (МЛТИ) между ними есть существенная разница.
Предел гигроскопичности – это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при сорбции паров воды из воздуха; характеризуется отсутствием воды в полостях клеток и равновесием влажности клеточных стенок с воздухом, приближающимся к насыщенному состоянию. Этот показатель может быть определен прямым экспериментом.
Предел насыщения клеточных стенок – это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при увлажнении древесины в воде. Прямое экспериментальное определение этого показателя затруднительно, поскольку при увлажнении древесины в воде или в растущем дереве при полном насыщении клеточных стенок связанной водой в полостях клеток и в межклеточных пространствах находится свободная вода. Однако, этот показатель можно определить по формуле.
При выдерживании древесины в воздухе определенного состояния её влажность становится устойчивой. Состояние воздуха характеризуется температурой и относительной влажностью, которая может изменяться от 0 до 100%. Величина устойчивой влажности древесины, длительно выдержанной при определенных температуре и относительной влажности практически одинакова для всех пород. При поглощении влаги она (сорбции) она меньше, чем при удалении влаги (десорбции). Эту разницу между устойчивыми влажностями принято называть гистерезисом сорбции. Следует иметь ввиду, что при сорбции и десорбции происходит изменение содержания связанной влаги. Измельченная древесина (опилки, стружки) с большой удельной поверхностью имеет очень малый гистерезис сорбции её устойчивую влажность называют равновесной. У сортиментов из древесины толщиной более 15 мм и шириной более 100 мм гистерезис сорбции составляет около 2,5%. Таким образом, равновесная влажность досок и других крупных сортиментов меньше устойчивой влажности десорбции, но больше устойчивой влажности сорбции примерно на 1,3%.
В практике различают пять степеней влажности древесины:
|
Состояние древесины |
Условия достижения |
Влажность, W, % |
|
Мокрая древесина |
Длительное нахождение в воде |
> 100 |
|
Свежая (свежесрубленная) древесина |
Сохранение влажности растущего дерева |
50-100 |
|
Древесина атмосферной сушки (воздушно-сухая) |
Сушка или выдержка на открытом воздухе |
15-20 |
|
Древесина камерной сушки (комнатно-сухая) |
Сушка в камерах или выдержка в отапливаемом помещении |
8-12 |
|
Абсолютно сухая Древесина |
Сушка при t=103±2оС |
0 |
Определить начальную влажность образца Wн и влажность после подсушивания W, если его начальная масса mн, масса после досушивания mw и в абсолютно сухом состоянии mо соответственно равны: 6,28 г, 5,23 г и 4,24 г.
Начальную влажность находим по формуле: mо = 100 * mн / Wн + 100, отсюда
Wн = 100 * mн / mо - 100 = 100 * 6,28 / 4,24 – 100 = 48,1 %
Влажность после досушивания находим по формуле:
W = mw - mо / mн = 5,23 – 4,24 / 6,28 = 15,8 %
Вопрос № 24. Прочность древесины при растяжении вдоль и поперек волокон. Форма и размеры образцов. Чем объясняется разница в прочности древесины при растяжении вдоль и поперек волокон?
Определить прочность образца из древесины сосны при сжатии вдоль волокон и привести её к нормализованной влажности W= 12%, если размеры образца стандартные, максимальная нагрузка 7800 Н, а влажность в момент испытания 32%. Поправочный коэффициент К=2,25.
Для определения прочности при растяжении древесины вдоль волокон применяют образцы довольно сложной формы с массивными головками, которые зажимают в клиновидных захватах машины, и тонкой рабочей частью. Форма, размеры образца и схема его крепления см. на рисунке:
При такой форме образца предупреждается возможность его разрушения в местах крепления от сжатия поперек волокон и скалывании вдоль волокон. Переход от головок к рабочей части образца делают плавным во избежание концентрации напряжений. Заготовки для образцов получают путем выкалывания (а не выпиливания), чтобы не допустить перерезания волокон. Рабочая часть образца должна захватывать как можно больше годичных слоев, поэтому её широкая грань совпадает с радиальным направлением. Допускается изготовлять образцы с наклеенными головками.
