Дерево как строительный материал

 

Дерево — это строительный материал, многообразно применяющийся в строительстве в течение тысяч лет. Конструкции крыш, стен, перекрытий, лестниц делаются часто из дерева. Во внутренней отделке дерево — также часто применяемый материал. Наряду с этим дерево применяется при устройстве опалубки.

Области применения природного сырья — древесины расширяются дальнейшей переработкой древесины в древесные строительные материалы, такие, как стружечные, волокнистые плиты и фанера. Причиной для многостороннего применения являются выгодные технические свойства, прекрасный внешний вид и экологические преимущества.

Чтобы правильно использовать дерево и древесные материалы, необходимы знания о росте и строении древесины, а также о свойствах различных пород дерева и различных типов древесных материалов.

 

Рост и строение древесины

 

Дерево само создает необходимые для своего роста вещества. Для этого оно через складчатые отверстия на нижней стороне листов забирает из воздуха углекислый газ. Кроме того, оно забирает из земли за счет всасывающей силы корней воду и передает ее до самых листьев. Перемещение воды происходит за счет отсоса, который возникает при испарении воды в листьях и который поддерживается диффузией и капиллярным действием.

Вода содержит питательные соли и микроэлементы, также, как, например, азот, фосфор, калий, кальций, магний и железо, которые необходимы рева для построения органических веществ и для поддержания жизни дерева. Дерево превращает с помощью зелени листвы (хлорофилла) и солнечного света воду и углекислый газ в сахар и крахмал и при этом выделяет кислород. Вместе с питательными солями из них образуется целлюлоза и другие органические вещества, такие как лигнин, смолы и жиры. Химическое превращение воспринятых веществ в органические вещества называют фотосинтезом, при этом необходима солнечная энергия (рис. «Питание дерева»).

Рост деревьев в наших широтах начинается весной и длится до конца лета и осени. В течение зимы рост замирает. Рост в длину начинается с появлением концевых и ростовых почек ствола, сучьев и веток. В почках находятся зоны роста или вегетации, в которых клетки непрерывно делятся и удлиняют ствол и ветви.

Рост в толщину происходит в камбие. Этот тонкий слой роста окружает древесную часть дерева и образует вовнутрь клетки древесины, а наружу — клетки мочала или луба. Так же, как и при росте в длину, клетки делятся и расширяются. В лубяной части строительные вещества транспортируются вниз в зоны роста и в накопительные клетки ветвей, ствола и корней. Лубяной слой образует снаружи корку, отмершие части которой называют древесной корой (рис. «Рост в толщину»).

 

Клетки древесины

 

Клетки древесины должны выполнять различные задачи, и поэтому их строение различно. Лиственные и хвойные деревья имеют различное клеточное строение. Соседние клетки связаны между собой узелками-порами. Поры — это сгруппированные попарно проницаемые тонкие места в стенках клеток, обеспечивающие перемещение воды и веществ между клетками.

В лиственной древесине поры состоят в основном из очень тонкого сетчатого волокнистого плетения с очень маленькими отверстиями, допускающими обмен веществ за счет диффузии.

В хвойной древесине поры называются придворными порами. В них между отверстиями в стенках клетках (порами) находится проницаемая средняя пластинка и запирающим слоем (торус) (рис. «Узелки — поры клетки хвойной древесины»). При повреждениях дерева и при высыхании упавших деревьев происходит закрытие пор. Поэтому некоторые породы хвойных деревьев трудно поддаются пропитке.

Древесная масса хвойной древесины состоит в основном из трахеидов. Эти клетки, которые встречаются только у хвойной древесины, придают дереву прочность и берут на себя транспортировку соков вверх. Они вытянуты в длину и образуют более 95% массы древесины. Питательные и способствующие росту вещества откладываются в расположенных преимущественно поперек направления волокон накопительных клетках.

 

 

Древесная масса лиственных деревьев не имеет такой простой структуры, как у более рано появившихся на земле хвойных деревьев. Лиственная древесина наряду с опорными и накопительными клетками имеет специальные вытянутые в длину проводящие клетки, которые проводят сок и могут быть названы трахеями, сосудами или порами (табл. «Древесные клетки в лиственной древесине»). Величина и распределение этих проводящих клеток имеют большое влияние на структуру древесины. Поэтому различают крупнопористую, мелкопористую древесину, а также древесину с кольцевыми порами и с неравномерно распределенными порами (рис. «Крупнопористая древесина с кольцевыми порами»). Мелкопористая древесина — например, у лесного и красного бука, а также у клена; к крупнопористым относятся, например, дуб и ясень.

 

 

Строение древесины

 

Образовавшиеся при росте в толщину древесные клетки окружают в виде колец отмершие трубочки сердцевины, из которых развилось дерево. Появившиеся весной и в начале лета древесные клетки более широкие и тонкостенные и имеют более светлый цвет (ранняя древесина). Поэтому дерево мягкое и легкое. Образованные в конце лета клетки — толстостенные, более узкие и более темного цвета (поздняя древесина). Поэтому поздняя древесина соответственно тверже и тяжелее, чем ранняя древесина.

Полный рост в толщину за один год состоит, таким образом, из ранней древесины и поздней древесины и образует годовое кольцо. По числу годовых колец можно определить возраст дерева, если их сосчитать на срезе у самой земли (рис. «Поперечный распил ствола с годовыми кольцами»). Деревья из тропических регионов растут не в годовом ритме и поэтому не имеют строения в виде годовых колец.

Внешние годовые кольца служат для транспортировки воды и соков дерева. Эта часть дерева называется заболонью. У большого числа пород деревьев с увеличением возраста наступает изменение ядра. Более старые внутренние годовые кольца принимают на себя проводку воды и соков и заполняются откладывающимися в древесине веществами, такими, как дубильные и красящие вещества, смола, воск и жир. Эти темные внутренние слои называют древесиной ядра. Древесина ядра тяжелее, прочнее и долговечнее заболони.

Деревья, имеющие наряду с заболонью древесину ядра, называют деревьями с ядровой древесиной. К ним относятся, например, сосна, лиственница, дуб (рис. «Заболонная составляющая древесины»).

У некоторых видов деревьев заболонь идет от сердцевины до камбия насквозь. К этим равномерным по твердости заболоневым деревьям относятся, например, граб обыкновенный, липа, береза и клен.

У других видов деревьев имеет место образование древесины ядра, но при этом не наступает изменение цвета. Эту древесину, например у пихты, ели и красного бука (бука лесного), называют древесиной спелых пород.

Если ствол дерева разрезать в разных направлениях, то можно ясно увидеть строение древесины (рис. «Плоскости распила полнотелого дерева»). Различают:

• Поперечный или лобовой распил
• Сердцевина, годовые кольца, луб и кора видны в виде колец. Соответственно, видны древесина ядра, заболонь, сердцевинные лучи и поры.
• Радиальный или зеркальный распил
• Годовые кольца образуют параллельные полоски. Иногда они видны из-за разрезанных сердцевинных лучей («зеркал»).
• Хордовый или тангенциальный распил
• Вследствие омоложения ствола возникает параболический рисунок, называемый тангенциальностью.

Если в распилах видны более широкие годовые кольца, получившиеся вследствие буйного роста, говорят о грубогодичной древесине. Тонкие годовые кольца образуют тонкогодичную древесину. Тонкогодичная древесина — особенно ценная, так как она мало деформируется при усушке.

 

Состав древесины

 

Древесные клетки состоят из стенок клеток и водянистого содержимого, так называемого клетчатого сока (протоплазмы), который у свежей древесины может составлять больше половины древес-ной массы.

Древесина (ее материал) образуется деревянным каркасом стенок клеток. Она состоит у всех пород деревьев из одинакового количества химических элементов, из которых образуются различные соединения (рис. «Химический состав древесной субстанции»). Составляющие материала древесины — это целлюлоза и целлюлозо-подобные материалы (семицеллюлозы), лигнин и вещества, содержащиеся в древесине, такие как смола, терпентин, жир, воск, красители и неорганические микроэлементы.

• Целлюлоза — образует каркас древесины.
• Лигнин — обеспечивает прочность на сжатие (одревление).
• Вещества, содержащиеся в клетках древесины, — влияют на окраску, запах, стойкость против насекомых и грибков.

Экологическое значение дерева

 

Содержание и уход за лесом не только имеют экономическое значение, но и экологически очень целесообразны, так как леса способствуют сохранению жизненного пространства для людей, животных и растений и тем самым вносят важный вклад в защиту окружающей среды. Наряду с функцией использования и защиты лес служит также местом отдыха для людей.

Леса необходимы для обеспечения экологического равновесия, так как они существенно способствуют поддержанию чистоты воздуха и улучшению климата, а также защите ландшафта.

• Деревья связывают углекислый газ поглощением СO₂ и выделением кислорода в воздух. Содержание СO₂ в атмосфере и связанный с ним парниковый эффект уменьшается.
• Леса связывают частицы пыли и копоти.
• Почва защищается от переноса силами природы (эрозии), и предотвращается образование карста и оврагов.
• Ограничивается образование снежных лавин, камнепадов и оползней.
• Лес долго сохраняет влажность почвы и медленно отдает воду. Это создает сбалансированный климат и уменьшает понижение уровня грунтовых вод. Опасность наводнений, в особенности при таянии снегов, ограничивается.

Применение дерева в строительстве целесообразно с точки зрения защиты окружающей среды также и потому, что дерево — возобновляемое сырье, и поэтому другими сырьевыми материалами, запасы которых ограничены, можно пренебречь.

Кроме того, при изготовлении, переработке и уничтожении отходов дерево требует немного энергии. Так как дерево — относительно легкий материал, который почти везде имеется в наличии, затраты энергии на его транспортировку также малы. За счет дальнейшей переработки остатков древесины исключаются ее отходы.