Свойства древесины хвойных пород. Торцевой и радиальный срез древесины сосны
Сосна(Pinus) . Род хвойных вечнозеленых деревьев, реже стелющихся кустарников семейства сосновых. Хвоя узкая, мягкая или игольчатая, в пучках (по 2,3,5 хвоинок), расположенных на концах укороченных побегов. Зрелые шишки обычно длиной 3-10 см. Семена орешковидные, большей частью с крылом. Корневая система мощная и глубокая. Сосны светолюбивы. Часто формируют чистые насаждения на песчаных почвах (боры).Растет дерево и на сухих кварцевых, лишенных плодородной почвы песках, и на торфянистых почвах, и даже на сфагновых болотах. Приспособленность к различным видам почвы обуславливается высокой пластичностью корневой системы, интенсивным ростом корней, способностью охватывать ими более или менее значительную часть почвенной толщи, проникать в глубокие слои почвогрунта, преодолевать неблагоприятные по своим свойствам горизонты.
При низкой концентрации питательных веществ в почве сосна способна накапливать больше органических веществ, чем ель и береза. Небольшое содержание в почве подвижных форм минеральных веществ приводит к резкому падению прироста сосны. Наличие в почве карбонатов улучшает лесорастительные условия. На солонцеватых почвах и солонцах сосна растет значительно лучше, чем другие хвойные породы.
Живут сосны, как правило, до 150-500 лет, но среди них есть и долгожители(например, североамериканская сосна долговечная и живет до 5000 лет, являясь наиболее долгоживущей древесной породой мира).
Сосна обыкновенная всегда была и остается для человека наиболее верным и заботливым его спутником. Нас восхищает быстрый рост дерева, его морозоустойчивость, высота до 50 м, хорошо очищенный ствол.
Благодаря своеобразной золотисто-коричневой окраске ствола и вечнозеленой хвое сосна широко используется при создании парков и лесопарков.
Род включает в себя более 100 видов. Распространена сосна в Европе и Азии - от Пиренеев на западе до Охотского моря на востоке и от Кольского полуострова на севере до берегов Средиземного и Черного морей на юге. В России выделяют 8 видов, из которых наибольшие площади заняты двухвойной сосной обыкновенной (Pinus silvestris) - ареал от Кольского полуострова и Белого моря до берегов Тихого океана, и пятихвойной (кедровой) сосной сибирской, дающей съедобные семена, называемые кедровыми орехами. Ареал последней охватывает районы севера-востока Европейской части России, Урала и Сибири. В группу кедровых сосен входят также Сосна корейская, или маньчжурская, произрастающая в нашей стране в Хабаровском и Приморском краях, и Кедровый стланик(стелющийся кустарник высотой 40-50 см, с длиной ствола 1.5-2.5 м), образующий густые заросли в Сибири (от Забайкалья), на побережье Охотского моря, Камчатке, Сахалине и Курильских островах.
Сосна - ценная лесообразующая порода. В России леса, в насаждениях которых преобладают двухвойные сосны(например, обыкновенная, меловая, крючковатая), принято называть сосновыми, или сосняками, а с преобладанием пятихвойных кедровых сосен - кедровыми, или кедровниками, или кедрачами.
Среди раскинувшегося зеленого океана сосны обыкновенной появляются также интересные видовые и формовые ее отклонения, с которыми время от времени встречаются российские и зарубежные лесоводы.
Подвиды сосны
В пределах своего современного ареала обитания сосна обыкновенная отличается большой изменчивостью основных признаков. Выделяют 5 подвидов, или географических рас, сосны обыкновенной.
Сосна обыкновенная лесная - произрастает в европейской части нашей страны. К возрасту спелости достигает высоты 40м и диаметра на высоте груди 1-1.5 м. В молодости крона конусовидная, а в более зрелом возрасте приобретает шаровидную форму. Различают широко- и узкокронные формы. Побеги светло-коричневые или желтые, ветви и ствол покрыты коричнево-красной отслаивающейся коркой. Хвоя длиной 4-6 см, сохраняется на дереве 2-3 года, иногда 4-5 лет.
Облик сосны обыкновенной лесной, произрастающей в различных условиях местообитания, послужил основанием для выделения двух почвенных экотипов рассматриваемого подвида: сосны меловой и сосны болотной. Сосна меловая растет на меловых обнажениях на юге европейской части России. Крона широкая, часто начинается у поверхности почвы. У старых экземпляров крона зонтикообразная. Хвоя укороченная, широкая и более утолщенная. Длина шишек 2.5-3 см, цвет их серый.
Сосна болотная имеет ряд отличий от сосен, произрастающих на дренированных почвах. Эти отличия проявляются главным образом во внешнем виде, анатомические различия значительно меньше. Характеризуются небольшой высотой (не более 10-15М), хвоя короткая, шишки мелкие.
Сосна крючковатая . Произрастает в Крыму и на Кавказе. Достигает высоты 20-25 м высоты и диаметра 1м. В нижней части ствола наблюдаются неправильные утолщения. Крона сильно варьируется от узкой до широкой, имеет пирамидальную, овальную или зонтикообразную форму. Хвоя прямая или слабо согнутая, жесткая, острая, серо-зеленая, до 7 см длиной. Шишки желтого цвета; щитки выпуклые, от верхнего края сразу круто поднимаются и искривляются вниз в виде тупого крючка; семена бурые. У сосны крючковатой выделены два климатических экотипа, приуроченных к разным высотным поясам.
Сосна лапландская . Чаще встречается в Сибири. Деревья достигают высоты 20 м и диаметра 22 см. Крона узкая, ветви в нижней части ее сохраняются много лет. Хвоя серо-зеленая, короткая(3.5мм), толстая и широкая, держится на дереве до 8 лет. Шишки короткие - 3-4 см, соломенно-желтого или коричневато-желтого цвета.
Сосна сибирская . Произрастает в Азии. Этот подвид мало отличается по энергии роста и таксационным показателям от подвида сосны обыкновенной, лесной, но в то же время имеет ряд характерных, отличающихся от него признаков.
Корка на стволе внизу толстая, темно-бурого цвета, покрывает ствол на 2/3 его высоты, далее светло-желтая. Встречаются как узко-, так и ширококронные формы. Хвоя живет более 5 лет, длина ее 4-6 см, редко достигает 10 см. Шишки длиной 5см. Сосна степная. Произрастает в Сибири в изолированных борах, а также на южных остепненных склонах Забайкалья, достигая высоты 20-25.м и свыше 1м в диаметре. Корка до 2/3 ствола по высоте, толстая, темно-серого цвета, выше- светло-коричневого. На старых деревьях темноокрашенная корка обычно отпадает и весь ствол имеет светло-коричневый цвет. Хвоя длинная, иногда до 11 см, опадает через 6-7 лет. Шишки крупные, нередко достигают 7см. По окраске шишек выделяют две формы: светло-серую и темно-коричневую.
Подвиды сосны имеют несколько форм или экотипов
Сосна воротничковая. Изучая разнообразие форм сосны обыкновенной, профессор Б.В. Гроздов обнаружил в Брянской области оригинальную кольчатую форму сосны и назвал ее воротничковой. Дерево росло в старом сосновом насаждении, ствол его был с грубыми трещинами и имел с освещенной стороны, в местах, заросших мутовчато расположенных сучьев, как бы козырьки из отслоившихся пластин коры; козырьки поднимались по стволу на высоту до 6 метров.
О такой же сосне в одном из германских лесничеств сообщил в 1927 году Вальтер Зайтц; он отнес ее к чешуйчатой форме. Сосна была 200-летнего возраста, с двенадцатью козырьками из узких чешуй коры и тоже на месте заросших мутовок с освещенной части ствола. В 1955 году подобные сосны были найдены в лесах Польши.
Наблюдения показали, что изменение коры на месте заросших мутовок характерно для старшего возраста деревьев. Кора сначала полностью закрывает неровности мутовок, а потом трескается, и ее слои, поднимаясь, принимают наклонную форму, чему способствует обилие солнечного света и сухой воздух. Воротничковая сосна как раз и встречается в таких местах. С теневой стороны на стволе у всех встреченных сосен козырьков не было; кора у таких сосен отслаивалась "табличками".
Наиболее часто деревья встречаются в сосново-дубовых насаждениях, дубово-буковых с грабом, и буковых с примесью сосны обыкновенной и граба. Попадаются сосны в возрасте 115-125 лет.
Семилетние наблюдения на площади около 10 гектаров были неожиданными. Оказывается, число стволов с воротничками и число воротничков на каждом учтенном стволе ежегодно менялось: в первый год было 56 сосен с воротничками, через 3 года - 92, по прошествии еще 2 лет - 120, а в последний год - 156. Интересно также, что в первый год наблюдений преобладали деревья с четырьмя воротничками(максимально - десятью), а в последний - с семью (максимально - с 16-19 воротничками). Значит, новые воротнички, должно быть, появляются на спелых и перестойных соснах. Подмечена у воротничковых сосен (особенно в Львовской области) и еще одна оригинальная особенность: можно встретить деревья не только с полукольцами, но и с полными кольцами, причем количество последних возрастает с увеличением общего числа воротничков на стволах.
Воротничковые сосны имеют кору с глубокими трещинами и лишь немногие стволы - тонкую. Привлекают внимание хорошо развитая крона и стройность деревьев: малосбежистость и очищенность стволов от сучьев. Сосны обильно плодоносят и дают семена большой всхожести. Все это говорит о высоких лесохозяйственных свойствах редкого, достопримечательного дерева и о необходимости более глубокого изучения его и использования в лесопарковом строительстве.
Сосна меловая . На Среднерусской возвышенности и Донецком кряже есть каменистые меловые склоны. Они, казалось бы, совершенно неподходящи для жизни деревьев. И тем не менее растения сумели поселиться здесь и даже сохраниться до сих пор. Это - сосны меловые.
Высокое дерево, до 30 м в высоту, имеет широкую крону, довольно часто опускающуюся по стволу донизу; с возрастом она превращается в зонтикообразную. Жизнестойкости сосны меловой способствует корневая система: якорные корни проходят тяжелый грунт без ответвлений, а на концах образуют массу тонких, толщиной с волос, корешков, наподобие войлока оплетающих меловые глыбы. Интересно, что на глубине до 1.5 метров эти глыбы с поверхности влажные; на самом же войлоке видны мельчайшие капельки воды.
Хвоя у сосны меловой несколько короче, шире и толще, чем у сосны обыкновенной. Шишки длиною до 3 см, уменьшенные размеры их ученые объясняют бедностью почв.
Сосну меловую не выделяют в особый вид, поскольку в анатомическом строении древесины и хвои различий нет; ученые видят в ней лишь разновидность сосны обыкновенной. По мнению большинства, сосна меловая - реликт. Ее особенность произрастать по существу на голом мелу исторически сложилась давно и является наследственной. Для нормального роста и развития деревьев требуется высокая концентрация щелочных веществ. Особенности сосны меловой имеют, конечно, не только научную, но и практическую ценность, поскольку представляется возможность использовать эти деревья повсюду, где есть меловые склоны.
Исследования посадок в Белгородской области на голых мелах показали, что там могут расти лишь сосна меловая и сосна крымская, другие же породы гибнут или приобретают карликовые формы.
Лесоводы преодолевают некоторые трудности при создании насаждений из сосны меловой: сложен, например, сбор семян на крутых склонах, а в то же время небольшие островки сохранившихся естественных насаждений пока не могут удовлетворить потребности в семенном материале. Сейчас приняты меры к усилению охраны очагов редкой сосны - ценнейшего резерва семенного фонда - и к созданию в местах ее произрастания заповедного режима.
Сосна могильная , или сосна погребальная . Она часто высаживалась на кладбищах Кореи. У нас на Дальнем Востоке в настоящее время она распространена небольшими участками или группами, значительно удаленными друг от друга, в юго-западной части Приморского края, а также в Гиринской и Мукденской провинциях Северо-Восточного Китая. Из ее древесины в былое время строили даже дома.
Дерево резко отличается от других родственных ему пород внешним обликом и способностью произрастать в засушливых местах и на солнцепеках. Широкие зонтикообразные темно-зеленые кроны и желтовато-оранжевые стволы сосен резко выделяются на фоне лиственных деревьев. Селится сосна на гранитных обнажениях и скалах, на крутых южных склонах и гребнях хребтов, подверженных ветрам, на обедненных гумусом почвах, содержащих большое количество щебня, а также на песчаных береговых отложениях.
По мнению ученых, сосна могильная - быстрорастущая ценная порода, представляющая большой интерес для лесоводства, для укрепления почв, их защиты и водоохраны.
В одной из дальневосточных сосновых рощ 100-летнего возраста при крайне неблагоприятных условиях (чрезмерная сухость, каменистость почвы, частые пожары) сосна достигла в высоту 12 м и имела диаметр на высоте груди более 40 см. В несколько более благоприятных условиях деревья встречаются значительно крупнее и достигают возраста спелости к 90 годам.
Об особенностях сосны могильной и ее насаждениях академик В.Л.Комаров сказал: "Это совершенно своеобразный тип растительности, явно отличающийся от всех остальных...не лесное дерево, а выросшее на свету".
По совокупности признаков (ограниченность ареала, стабильные экологические особенности и другие) сосна могильная более древний вид по сравнению с сосной обыкновенной. Последняя, как более молодой, прогрессирующий вид, быстро распространилась и стала одной из сосновых лесообразующих пород на большей территории Евразии. Сосна же могильная сократила до минимума свой ареал из-за изменения климатических условий (прежде всего из-за влажности), а позже - под влиянием деятельности человека. Поэтому сосняки в Приморском крае признаны реликтовыми.
Сосна пирамидальная . Несколько лет назад появилась интересная информация: в Северном Казахстане ученым обнаружена своеобразная сосна. Она имела узкоконусную пирамидальную крону, а тонкие ветви на всем протяжении отходили от ствола строго под острым углом. Своим видом сосна, естественно, отличалась от растущих рядом своих родственниц - от сосны обыкновенной. Дерево обладало довольно хорошим ростом: в 60 лет набрало высоту 22.5 м и диаметр 30 см на высоте груди.
Дальнейшие исследования и наблюдения показали, что признак пирамидальности сохранился и у потомства: выращенные из семян сосны и посаженные в грунт сеянцы(двухлетки) к 5-6 годам жизни имели тоже пирамидальную крону. Наблюдения продолжаются до сих пор.
Вредители и болезни
Отрицательную роль в жизни сосновых лесов играют вредные насекомые, грибные и другие болезни, некоторые виды диких животных. В молодняках сосны обитает много насекомых, которые повреждают разные части растений. На легких супесчаных, суглинистых почвах большой вред наносят насекомые, личинки которых повреждают корни сосенок. Особенно большой вред наносит майский восточный хрущ. Лет этих жуков начинается в конце апреля-мае и продолжается около месяца. Самки откладывают яйца в почву на глубину 10-40 см. Вышедшие из яиц личинки сначала питаются тонкими корнями. По мере роста они переходят на более толстые корни. Личинки растут в течение в течение 3-4 лет. В летнее время личинки находятся в верхних горизонтах почвы, ближе к осени углубляются до 70-120 см, где и зимуют.
Сосновые молодняки часто повреждаются побеговьюнами, - летним, зимующим, почковым и смолевщиком.
Побеговьюнами принято называть бабочек-листоверток, гусеницы которых повреждают почки и побеги сосен, в результате возникает многовершинность стволов, что ухудшает рост, качество и производительность насаждений.
Ощутимый вред наносит сосне большой сосновый долгоносик. Особенно часто он появляется на сплошных вырубках в борах брусничных и черничных.
Молодые сосны, произрастающие на сухих почвах, часто страдают от соснового подкорного клеща. Опасны также многочисленные хвоегрызущие насекомые, которые питаются хвоей в фазе личинки (гусеницы). В результате потери хвои древостои целиком или частично усыхают, являясь одновременно объектом для размножения в них стволовых вредителей. Наиболее опасным вредителем чистых сосновых лесов считается сосновый шелкопряд.
Не менее серьезные хвоегрызущие вредители сосновых насаждений: сосновая совка, пилильщики, сибирский шелкопряд, шелкопряд-монашенка, сосновая пяденица, звездчатый ткач. Защита сосновых лесов от повреждений хвоегрызущими вредителями обеспечивается комплексом профилактических и истребительных мер борьбы.
Стволы и ветви сосны повреждаются большим количеством насекомых, так называемых стволовых вредителей. К ним относятся короеды, усачи, златки и др. Стволовые вредители, как правило, поселяются на деревьях, физиологически ослабленных воздействием неблагоприятных факторов: засухой, пастьбой скота, повреждением хвоегрызущими насекомыми. Размножаясь на ослабленных деревьях, эти вредители переходят и на жизнеспособные деревья. Большинство поселяется также на свежесрубленных деревьях и заготовленной древесине.
Древесина, источенная ходами стволовых вредителей, теряет свои технические свойства.
Лесозащитные меры борьбы со стволовыми вредителями направлены главным образом на устранение причин, ослабляющих жизнедеятельность насаждений.
Сосновые леса часто страдают от болезней, вызываемых грибами, бактериями, вирусами. В лесных питомниках одно- и двулетние сеянцы и молодняки повреждаются грибом - обыкновенным шютте. Первые внешние признаки болезни появляются на хвое в виде пятен соломенно-желтого цвета, позже хвоя краснее и опадает, что приводит к гибели растения. Для защиты от болезней шютте следует проводить профилактические мероприятия, включающие агротехнические и химические меры борьбы.
Другие виды грибов, способные нанести ущерб сосне: смоляной рак, сосновая губка, корневая губка. Корни сосны часто поражаются опенком.
Из животного мира большой вред наносят лоси. Они не только скусывают побеги и обгладывают кору, но ломают и вытаптывают молодняки, а также являются косвенной причиной распространения стволовых вредителей и грибных заболеваний.
Сосновые леса страдают от снеголома и снеговала.
Значение и применение сосны
Сосновые леса имеют водоохранное, почвозащитное, санитарно-гигиеническое значение и по праву считаются национальным богатством России.
Сосна дает смолистую прочную древесину, издавна используется в строительстве, корабельном деле, для изготовления столбов, шпал, при производстве музыкальных инструментов, мебели. При подсочке(надрезе) деревьев получают живицу. Из пней, оставшихся после рубки сосны, заготавливают пневый осмол - ценное сырье для получения смолистых веществ для лесохимической промышленности. Побеги, сосновые почки, хвоя содержат значительные количества витамина С, эфирное масло и многие другие полезные вещества. Из хвои получают витаминный концентрат.
В годы Великой Отечественной войны хвойный настой спасал жизнь многим защитникам блокадного Ленинграда, так как городу угрожал не только голод, но и цинга - болезнь, связанная с недостатком витамина С в организме.
Сосновые почки (в виде отвара) обладают отхаркивающим, мочегонным, дезинфицирующим действием.
Со времен Ивана Грозного Россия была крупным поставщиком кедровых орехов в Персию, Китай и другие страны.
Выделяя огромное количество летучих соединений - фитонцидов, обладающих противомикробным действием, сосновые леса оздоравливают воздух, создавая специфический микроклимат. Поэтому в них нередко размещаются санатории и дома отдыха.
За красоту и величие, многообразную пользу в народном хозяйстве сосна сибирская введена в культуру. Она украшает парки Москвы, Санкт-Петербурга и других городов. Под Ярославлем сохранилась Толгская кедровая роща, посаженная в 16 веке. Лесоводами выведены скороспелые крупношишечные высокоурожайные формы сосны сибирской. Для их разведения создаются плантации, с одного гектара которых получают от 600кг до 2т орехов.
Жители Европы создали свои легенды и сказания о сосне, как о дереве светлом, праздничном и могучем.
На древесину в процессе эксплуатации воздействует целый ряд факторов окружающей среды, приводя к ее старению и разрушению. Среди них: климатические (УФ - излучение, влажность, ветровые нагрузки, кислород воздуха) и биологические (грибные поражения, поражения насекомыми, бактериями, водорослями).
Процесс деструкции заложен самой природой для поддержания экологического равновесия, поэтому в естественных условиях древесина, с течением времени, разрушается до углекислого газа и воды - самых простых химических соединений
Изменение свойств древесины под
воздействием внешних факторов
Влияние сушки
В процессе сушки на сырую древесину происходит воздействие пара, нагретого сухого и влажного воздуха, токов высокой частоты других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной влаги.
Правильно проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.
Согласно исследованиям, при высокотемпературной сушке с конечной температурой в камере 105-110°С продолжительность сушки сокращается в 1,5-2 раза по сравнению с продолжительностью атмосферной сушки, но прочность древесины сосны (в досках толщиной 30-60мм) снижается при сжатии вдоль волокон на 0,8-8,7%, радиальном скалывании на 1-12%. Ударная вязкость снижается на 5-10,5%.
Влияние высокотемпературной сушки изучалось многими исследователями. Несмотря на противоречивость выводов, вызванную разным подходом к истолкованию результатов исследований, эти работы показали, что высокотемпературная сушка приводит к ухудшению механических свойств древесины.
Продолжительность сушки резко сокращается при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого фактора на свойства древесины изучена не до конца.
Влияние повышенных температур
Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительном воздействии температуры до 100°С эти изменения обычно обратимы, т.е. они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.
Данные ЦНИИМОД показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает бо льшее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия.
При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50°С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.
Исследования, проведенные на древесине показали, что под действием температуры 80-100°С в течении 16 суток предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5-10%, а ударная вязкость на 15-30% (наибольшее снижение обнаружилось для дуба, наименьшее - для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 суток.
Исследование последствий воздействия высоких температур в диапазоне 80-140°С на механические свойства древесины показали, что механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.
Влияние низких температур
Низкие температуры оказывают обратное влияние на прочность древесины: прочность замороженной древесины заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток. Этим объясняется рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание.
Влияние ионизирующих излучений
Ионизирующие излучения снижают прочностные характеристики древесины. Объясняется это радиолизом (разложением) ее органических составляющих. Однако использование радиоизотопов в процессе неразрушающего контроля деталей из древесины и их лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых составляет примерно 1Мрад) не ведет к снижению механических свойств материала, потому что доза облучения ниже той, которая вызывает заметные разрушения в веществе древесины.
Влияние агрессивных жидкостей и газов
Под действием кислот и щелочей происходит изменение цвета и разрушение древесины. Смолистые вещества, содержащиеся в хвойной древесине, заметно ослабляют негативное воздействие агрессивных сред, поэтому от их воздействия меньше страдают изделия из лиственницы и больше (в два-три раза) - лиственные породы, особенно мягкие. Древесина, пораженная синевой, подвержена разрушению в большей степени, чем здоровая. Само собой разумеется, что разрушение древесины под действием кислот и щелочей приводит к снижению ее прочности.
Влияние морской и речной воды
Испытания показали, что после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. При более длительном воздействии речной воды поверхностный слой (толщиной 10-15мм) постепенно теряет прочность и начинает разрушаться. В то же время за этим поверхностным слоем прочность остается в пределах нормы, определенной для здоровой древесины.
Если древесина находится в воде несколько сотен лет, ее свойства сильно меняются. Количественные и качественные показатели этих изменений зависят от породы древесины. Наиболее известны результаты воздействия речной воды на древесину дуба. Мореный дуб меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-черного, что происходит в результате соединения дубильных веществ с солями железа. В насыщенном водой состоянии древесина мореного дуба сохраняет пластичность, но после высушивания становится более твердой и хрупкой по сравнению с обычным состоянием. Усушка мореного дуба в 1,5 раза больше, чем обычного, что объясняют сморщиванием (коллапсом) клеток с уменьшенной толщиной стенок, поэтому и растрескивается древесина мореного дуба при сушке больше обычного. Прочность мореного дуба при сжатии и статическом изгибе снижается в 1,5 раза.
Длительное воздействие морской воды приводит к заметному повышению твердости лиственницы. При строительстве Венеции около 400 тыс. штук лиственничных свай было забито для укрепления оснований различных сооружений. Позже часть свай была обследована. В заключении об их прочности сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых основана подводная часть города, как будто окаменели. Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила едва берет его.
Обследование же сосновых свай, взятых из портовых сооружений, показало, что за 30 лет эксплуатации они на 40-70% снизили свои прочностные свойства.
Биологические факторы разрушения
Механизм биодеструкции древесины
Так как древесина является естественным продуктом органического происхождения, то при определенных значениях температуры и влажности подвергается биологическому поражению.
Биологические факторы, или агенты биоразрушения древесины - это живые организмы, способные оказывать на древесину разрушающее воздействие, среди них:
- грибы
- насекомые
- бактерии
- водоросли
- моллюски и ракообразные
Грибы являются самыми безжалостными истребителями древесины в природе.
Споры грибов находятся повсеместно в окружающей нас среде. Заразить древесину споры могут еще в лесу, при распиловке, транспортировке незащищенной древесины, а также при эксплуатации в строениях. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор в сутки, и хотя много их погибает, но и достаточно переносится животными, насекомыми и ветром, приводя к заражению незащищенной древесины. Заражение может произойти и через грибницу, если зараженная часть соприкасается со здоровой древесиной. Стоит спорам грибов попасть в благоприятные условия, как они начинают бурно развиваться и портить древесину.
Одна из распространенных ситуаций - стройматериалы заготовлены зимой («зимний лес» считается наиболее здоровым), а его использование начинается только летом. Для хранения древесину сложили в штабель и накрыли полиэтиленом. Вроде бы все правильно. Вот только не учли парникового эффекта. А этот эффект - просто благодать для плесени. Тепло и влага - этого достаточно, чтобы грибы размножились и окрасили древесину.
Развитию грибных поражений древесины способствуют теплые (5-30°С) и влажные условия (W более 22%) окружающей среды, отсутствие воздухообмена.
Грибы, поражающие древесину, отличаются большим разнообразием - от плесени, окрашивающей древесину поверхностно до дереворазрушающих грибов, проникающих в толщу древесины, и разрушающих ее практически полностью.
Сплетение очень тонких грибных нитей (гиф) образует плодовое тело (грибницу, или мицелий). Споры зреют в специальных носителях - конидиях (такие грибы называются деревоокрашивающими и плесневыми), или в плодовых телах - такие грибы называются дереворазрушающими.
Грибы представляют большую и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанное к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250тыс. Они широко распространенны в природе во всех районах земного шара. Из очагов поражения материалов выделяют мицелиальные грибы самых различных родов, но чаще других порчу материалов вызывают представители двух родов: Aspergillus и Penicillium. Грибы имеют вегетативное тело мицелиального строения. Оно представляет собой систему разветвленных нитей - гиф, толщина которых колеблется от 2 до 30мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается, и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющиеся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, в дальнейшем - путем адсорбции питательных веществ из материала, подверженного биоповреждению.
В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Субстратный мицелий располагается на поверхности материала или пронизывает его вглубь. В этом случае повреждение имеет вид концентрического, прижатого к субстрату образования. Воздушный мицелий свободно поднимается над субстратом, соприкасаясь с ним только в отдельных точках. На нем обычно образуются органы размножения. В этом случае поврежденное место напоминает вату. Характер роста одного и того же гриба может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и др.). Грибы размножаются либо частью мицелия, которая дает начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор.
Грибы, развивающиеся на древесине (ксилофилы, ксилотрофы), практически все принадлежат к трем классам высших грибов, имеющих разделенные на клетки (септированные) гифы. Это аскомицеты (Ascomycetes, сумчатые грибы), дейтеромицеты или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti), и базидиомицеты (Basidiomycetes) - наиболее сильные разрушители.
На первой стадии при поражении, на древесине появляются грибы, питающиеся соками живого дерева. Такие как плесневые грибы Penicillium, Aspergillus, живущие на поверхности древесины. Затем в подготовленных плесневыми грибами оптимальных условиях начинают размножаться деревоокрашивающие грибы. Завершают разрушение древесины складские и дереворазрушающие грибы. Они вызывают сильное гниение древесины, приводящее к появлению продольных и поперечных трещин, а затем и минерализации древесины.
У плесневых грибов поверхностная часть грибницы развивается на поверхности древесины и образует на ней налет в виде скопления окрашенных спор, мицелия и органов спороношения. Под плесневым налетом древесина обычно не меняет цвета, хотя и пронизана гифами этих грибов. Отсутствие краски обусловлено тем, что находящиеся в древесине гифы бесцветны и не выделяют пигмента. На древесине обычно встречается плесень зеленоватая и белая, но иногда розовая, желтая или темная. Оптимальная влажность для развития плесневых грибов - 60-100%, при влажности 40% их рост замедляется. Плесневые грибы развиваются в температурном диапазоне 24-30°С. При температуре выше 80°С и ниже -10°С гибнут грибы, находящиеся в вегетативной стадии развития. Скорость развития плесени зависит от водопоглощения покрытия и влажности воздуха. Питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде, поэтому для нормального развития грибов окружающая среда должна содержать большой процент воды. Плесневые грибы являются возбудителями окислительного брожения. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты, такие как глюконовая, фумаровая, винная, яблочная, щавелевая, янтарная и лимонная. Эти кислоты разъедают органические материалы, т.е. древесину. Плесневение материалов сопровождается ухудшением внешнего вида древесины, снижающего сортность и стоимость пиломатериалов. Основные виды плесневых грибов: Sporotrichum, Trichoderma, Penicillium, Mucor, Thamnidiu, Cladosporium.
Рис.
A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине
Деревоокрашивающие грибы вызывают специфическую синевато-серую окраску заболони, называемую «синевой». Согласно общемировой практике, скидка за древесину пораженную синевой составляет от 20 до 50%. В России же нередко можно встретить ситуацию, когда древесину с дефектами синевы продают фактически по цене дров.
В зависимости от вида плесневого гриба, характера и условий заражения и распространения гиф грибов в древесине различают окраску поверхности и глубокую окраску.
Макроскопические признаки поражения древесины этими грибами в виде окраски обычно проявляются уже на 2-3 сутки после инфицирования. Это обусловлено тем, что молодой мицелий бесцветен и начинает выделять типичный пигмент не сразу. На поверхности древесины может развиваться воздушный мицелий и органы спороношения в виде пушистого или порошкообразного окрашенного налета. В зависимости от характера заражения и распространения в древесине гиф грибов различают поверхностную и глубокую синеву. Поверхностное окрашивание проникает в глубь древесины не более чем на 2мм. Оно часто имеет вид мелких пятен диаметром 10-20мм - округлых или овальных. Слегка вытянутая форма обусловлена более быстрым ростом грибов вдоль волокон. Ограниченное распространение грибов в глубь древесины связано с задержкой их роста в результате подсыхания древесины или действия каких-либо других неблагоприятных факторов. Реже - в результате особенностей развития самих грибов.
Глубокие окрасы проникают в древесину более чем на 2мм. Среди них различают сплошные, охватывающие всю заболонь (глубокая синева) и пятнистые, поражающие отдельные участки заболони.
Очень коварна подслойная синева, она образуется во внутренних слоях древесины, и не видна на поверхности. Обычно она возникает в том случае, если грибы прекращают своё развитие в наружных слоях древесины до появления окраски, но продолжают развиваться внутри древесины.
Глубина залегания окраски при подслойной синеве зависит от вида гриба, размера свойственной ему зоны бесцветного молодого мицелия (зоны скрытой синевы), ширина которой колеблется от 5 до 12мм.
Прокладочная синева возникает при укладке пиломатериалов на прокладку из неантисептированного сортамента или на сырые и зараженные рейки. Эти поражения ограничиваются местами соприкосновения пиломатериалов с прокладками, и в зависимости от условий и вида гриба могут быть глубокими и поверхностными. Грибы-возбудители синевы, попавшие из воздуха на поверхность свежеспиленной древесины в виде спор, при проникновении в глубь не дают окраски в течение двух и более недель (период бесцветной, скрытой синевы), а при благоприятной температуре воздуха и влажности древесины окрашивают её на третий-четвертый день.
Деревоокрашивающие грибы оптимально развиваются в диапазоне влажности 50-90%. В древесине, насыщенной водой, деревоокрашивающие грибы не способны развиваться из-за отсутствия кислорода. Для прорастания грибов этой группы необходима высокая влажность и аэрация.
Основными возбудителями синевы на хвойных породах являются грибы из класса Ascomycetes: Ophistoma coerulea, O. piceae, O. pini, Endoconidiophora sp. и из класса Deuteromycetes: Hormonema dematiodes, Trichosporium tingens, Claosporium herbarum, а так же грибы следующих групп: Stemphulium, Cladosporium, Alternaria, Sporodesmium, Phialophora, Aposhaeria, Discula, Burgoa, Leptographium, Sortaria, Verticillium, Fusarium, Aspergillius, Penicillium, Paecilomyces, Trichoderma, Chaetomium, Trichosporium, Pullularia. Эти грибы вызывают разрушения древесины по типу «умеренной гнили». Причем разные грибы, вызывая разрушения анатомически различного характера, в разной степени снижают механические свойства древесины. Глубина поражения этими грибами составляет 0,5-3мм. Особые деструктирующие гифы способны поражать стенки паренхимных клеток серцевинных лучей и смоляных ходов, что приводит к увеличению скорости водо- и влагопоглощения древесины. Вследствие чего понижается сопротивление ее к ударному изгибу.
A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине
Деревоокрашивающие грибы в различной степени способны изменять свойства древесины.
Грибы плесени и синевы портят внешний вид, снижают сортность древесины, увеличивают водопоглощение и продуцируют миллионы спор, которые могут вызвать аллергические заболевания человека.
После одномесячного воздействия грибов синевы на древесину скорость водопоглощения сосны может возрасти в 1,5 раза. При дальнейшем развитии грибов многие из них способны разрушать стенки сердцевидных лучей и вторичных слоёв клеточных стенок по типу, близкому к умеренной гнили.
Деревоокрашивающие грибы - это только начало процесса, способного привести к тотальному поражению древесины более страшными врагами - дереворазрушающими грибами, представляющими реальную опасность для деревянной конструкций.
Состругивание синевы с поверхности пиломатериалов может не обеспечить полного удаления скрытой синевы, Наиболее эффективным мероприятием по предохранению древесины от порашения синевой при воздушной сушке является антисептирование.
Дереворазрушающие грибы
Некоторые классы грибов могут разрушать клеточные стенки древесины и существенно изменять ее физико-механические свойства. Такой процесс называется гниением древесины, а вызывающие его грибы - дереворазрушающими. Гниение является основной причиной разрушения древесины.
Существует множество дереворазрушающих грибов. Они различаются между собой по форме, строению и окраске грибницы, шнуров, плодовых тел и спор, а также по скорости и силе разрушения древесины.
Наиболее сильными разрушителями являются грибы, относящиеся к классу базидиомицетов. Ксилотрофные базидиомицеты - это грибы, образующие крупные плодовые тела (карпофоры), спорообразующий слой которых называют гименофором. На поверхности древесины они помимо воздушного мицелия образуют и другие вегетативные мицелиальные структуры.
Дереворазрушающие грибы способны увлажнять древесину в процессе освоения за счет воды, образующейся при разложении целлюлозы. Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.
А) Так они портят древесину
Б) Колонии Serpula lacrimans
Характер гниения зависит от того, какими ферментами гриб воздействует на древесину, какие компоненты клеточных оболочек и в какой последовательности он разрушает.
В начале деятельности дереворазрушающих грибов внешний вид древесины не изменяется, и присутствие грибных нитей в ней можно обнаружить только под микроскопом, в тонком срезе. В дальнейшем древесина изменяет свой естественный цвет, становится желтой или красноватой, а затем бурой и коричневой. Плотность и прочность древесины постепенно снижаются, она становится лёгкой, мягкой, теряет вязкость.
Гниль такого типа называют деструктивной. Она характерна главным образом для грибов, разрушающих деревянные части построек, так называемых домовых грибов.
Домовые грибы представляют собой группу дереворазрушающих микроорганизмов, приспособившихся к условиям среды в зданиях и сооружениях. При своем развитии эти грибы образуют на поверхности древесины видимые глазом нити, которые называют грибницей. Грибница, уплотняясь, превращается в пленки, шнуры и плодовые тела, на которых образуются споры. Ярким представителям класса дереворазрушающих грибов является Coriolus sinuosus - белый домовой гриб.
Некоторые грибы, поражающие растущие деревья, вызывают гниль другого типа - коррозионную, при которой вначале появляются небольшие светлые пятна и ямки, а затем древесина расщепляется на отдельные волокна. Эта группа грибов использует в первую очередь лигнин древесины, оставляя нетронутой целлюлозу, белые пятна и выцветы которой видны на поверхности среза. К коррозионной гнили также относятся сердцевинные гнили: пестрая, ямчатая, ситовая.
При развитии умеренной (Softrot) гнили поверхностные слои древесины теряют свою структуру и превращаются в мягкую темную грязеподобную массу. После подсушивания древесины в пораженном слое наблюдается сильное усыхание и появление мелких продольных и поперечных трещин. Возбудителями умеренной гнили являются комплексы из некоторых несовершенных грибов, бактерий, водорослей.
По типу образующейся гнили вид гниения древесины можно охарактеризовать и следующим образом:
Белая гниль разрушает все структурные компоненты древесины, приводя к появлению характерного волокнообразного и бледного внешнего вида. Это основной вид гнилостных грибов, приводящих к гниению лиственных пород, не имеющих контакта с землей.
Бурая гниль «раскалывает» целлюлозу, что вызывает расщепление древесины. Участок дерева, пораженный такой гнилью, становится коричневым. Дерево темнеет, трескается и рассыпается. Гриб разрастается катастрофически быстро, особенно в постройках из мягкого дерева; древесина сосны и дуба повреждается домовым грибом меньше. Поражение такими грибами деревянных сооружений наносит существенный вред несущим конструкциям, не говоря уже об эстетических характеристиках дома.
Мягкая гниль . Гниение здесь в основном затрагивает древесину, контактирующую с почвой и находящуюся в морской среде. Сильнее всего поражает древесину с высоким содержанием влаги.
Другие агенты биоповреждений
Насекомые древоточцы
Древесину повреждают различные насекомые - жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, дровосеки, точильщики), рогохвосты, термиты, муравьи и другие. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.
Личинки насекомых проделывают в древесине ходы и отверстия - червоточины. Находясь в древесине, древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину.
Поражения насекомыми бывают настолько значительными, что части дерева теряют свою прочность. Часто при незначительном числе наружных отверстий древесина бывает полностью разрушена внутри.
Отдельной проблемой, связанной с международной торговлей древесиной, является импорт тропических сортов, уже пораженных насекомыми.
Рис.
Из вредителей наиболее опасен мебельный точильщик. Он проделывает в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 миллиметров, разрушая мебель, а также конструктивные элементы и части зданий и сооружений, превращая древесину в пылеобразную массу под сохранившимся тонким наружным слоем.
Бактерии
Бактерии разрушают древесину ограниченно, они, размножаясь делением клеток, не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Бактерии способны разрушать полисахариды и лигнин. Воздействие бактерий ограничивается заболонной древесиной, компоненты ядровой древесины устойчивы к этому воздействию.
Водоросли
Водоросли обычно выглядят как зеленые наросты, в особенности на северной стороне деревянных фасадов. Их рост является следствием слишком высокого содержания поверхностной влаги.
Сами по себе водоросли не вызывают гниения, но являются показателем повышенного содержания влаги в древесине, с чем связывается риск повреждения грибами.
Ракообразные и моллюски
Ракообразные и моллюски поражают древесину, находящуюся в морской воде. Взрослые особи и их личинки разрушают древесину вследствие механического процесса сверления и поедают ее. Ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверхности на глубину 10-30мм, затем поворачивают и идут по годичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда не пересекаются и не сливаются. Повреждения портовых сооружений и судов морскими древоточцами-моллюсками и ракообразными относят к трухлявой червоточине.
Климатические факторы разрушения
При эксплуатации в постройках древесина испытывает на себе постоянное влияние природных факторов, которые в совокупности с агентами биоразрушения приводят к ухудшению внешнего вида, старению и разрушению древесины.
Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению, накоплению влаги, увеличению риска биологического поражения древесины.
Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина приобретает сероватый оттенок и ворсистость.
Наибольший вред древесине приносит изменение влажности и солнечное излучение.
При постоянно меняющихся погодных условиях содержание влаги в древесине будет изменяться, что ведет к усушке, или разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины, она коробится, что, в свою очередь, повышает риск попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода, находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины только посредством (медленного) испарения, со временем повышается риск накопления влаги. Если содержание влаги превышает 20%, опасность поражения грибами повышается. Чем дольше период, в течение которого уровень влаги держится на отметке выше 20%, тем выше риск развития грибов. Многие виды древесины содержат цветные водорастворимые соединения, которые подвергаются выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета поверхности древесины.
Солнечный свет и тепло
Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из изучений разных длин волн, каждое из которых имеет свою особенность воздействия на древесину.
ИК-составляющая спектра, с длиной волны более 720нм, при взаимодействии с древесиной нагревает ее. Поскольку древесина является хорошим изолирующим материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами, могут образовываться трещины.
Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения смолы в древесине хвойных пород, а это ведет к проблемам при обновлении покрытий поверхности.
Видимый свет (длина волны 380-720нм) не оказывает вредного влияния на древесину.
УФ-составляющая спектра с длиной волны менее 380нм, вызывает разрушение древесины на молекулярном уровне - деструкцию лигнина. В итоге, древесина быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.
Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение первоначального цвета древесины ее необходимо защищать пленкообразующими зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ-фильтр. К таким покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР ».
Древесина, как строительный материал:
- Часть IV: Факторы разрушения древесины
В статье мы рассказали о строении и свойствах древесины и сферах ее применения. В этой публикации детально описана древесина хвойных пород, от лиственницы до тисса.
Древесина хвойных пород
В строительстве наиболее часто используют древесину хвойных пород из-за ее большей по сравнению с лиственными породами прочности, биостойкости и меньшей себестоимости производства.
Кроме того, стволы хвойных пород имеют более правильную форму с меньшим количеством дефектов. Наиболее популярны среди хвойных в строительстве сосна, ель, лиственница, пихта и кедр .
Можжевельник и тисс для изготовления строительных элементов не применяются. Данные породы ценятся как хороший отделочный материал и используются в основном для производства столярных изделий и мебели.
Лиственница
Лиственница (Larix) – хвойное дерево из рода Larix семейства сосновые (Pinaceae). Отличается долговечностью, доживает до 900 лет и более и достигает высоты 45 м при диаметре ствола 80–180 см. В природе встречается на востоке и северо-востоке европейской части России, на Урале, в Западной и Восточной Сибири, на Алтае и в Саянах.
Это самая распространенная в России порода. Она составляет 2/5 от покрытой лесом площади. Порода ядровая со смоляными ходами. Имеет красивую текстуру. Годичные слои хорошо выделяются на всех разрезах. Заболонь узкая, белого цвета с легким буроватым оттенком. Ядро красновато-бурое, резко отличается от заболони. Сердцевинные лучи не видны, смоляные ходы мелкие, немногочисленные.
Древесина содержит эфирные масла (пинен), обладает довольно сильным приятным запахом и включает биофлавоноиды и фитонциды – микроскопические летучие вещества, которые испаряются в течение всего срока эксплуатации и положительно влияют на здоровье, предотвращая простудные и вирусные заболевания.
– отличный строительный материал, поскольку обладает высокой плотностью и прочностью, в ней мало сучков, она относится к группе биостойких (не поддается гниению и поражению грибами). Лиственница прочная, упругая, твердая, долговечная, хорошо противостоит гнили и насекомым. Длительное воздействие воды приводит к повышению твердости лиственницы, потому и использовали ее для строительства мостов и причалов. На лиственничных сваях стоят все венецианские постройки.
Древесина лиственницы легко растрескивается в процессе сушки, раскалывается. Труднее других пород обрабатывается на станке (из-за высокой плотности и смолистости) . Смолистые вещества несколько осложняют строгание, полировку и покрытие лаком, но в целом древесина успешно окрашивается и полируется после соответствующего порозаполнения.
Лучшие деревянные постройки возводятся из этой породы дерева. Она используется для изготовления столярных изделий, оконных рам и для напольных покрытий.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – 650–800 кг/м3.
Сосна
Сосна (Pinus) . Евроазиатская древесная хвойная порода, произрастает на территории от Шотландии до Восточной Сибири. Занимает около 1/6 площади всех лесов России. Живет 400–600 лет и в зрелом возрасте (120–150 лет) достигает высоты около 30 м. Наиболее распространена сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) .
Порода является самым популярным строительным материалом, поскольку имеет наиболее прямой, ровный ствол. Сосна хорошо пропитывается антисептиками.
Порода ядровая, со смоляными ходами, мягкая, умеренно легкая, механически прочная, непластичная. Она хорошо обрабатывается и отделывается.
Имеет слегка розоватое ядро, которое со временем становится буровато-красным, широкую заболонь от желтоватого до розового цвета, хорошо видимые годичные слои с четкой границей между ранней и поздней древесиной, довольно крупные и многочисленные смоляные ходы.
Древесина средней плотности, средней твердости, достаточно высокой прочности и стойкости к загниванию, хорошо обрабатывается, относительно хорошо склеивается. Широко используется в строительстве, машиностроении, мебельном и тарном производстве, на железнодорожном транспорте, для крепления горных выработок и др.
Применяется как сырье для химической переработки с целью получения целлюлозы, кормовых дрожжей; лесоматериалы из сосны в больших количествах экспортируются.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – от 460 до 620 кг/м3.
Ель обыкновенная
Ель обыкновенная (Picea abies) – вечнозеленое хвойное дерево семейства сосновые (Pinaceae) , высотой 20–50 м, с конусовидной кроной и шелушащейся буровато-серой корой. Живет до 300 лет. Ствол круглый, прямой.
Растет на влажных местах, на богатых суглинистых почвах, поднимаясь в горы на высоту до 1800 м над уровнем моря (образует чистые ельники). Широко распространена в Центральной, Северной и Северо-Восточной Европе выше 69° северной широты, к северу от Пиренеев до России и Скандинавии.
Другие виды: ель аянская (Picea ajanensis), ель корейская (Picea koraiensis), ель сибирская (Picea obovata) .
Ель – безъядровая спелодревесная порода. Древесина белая с желтоватым оттенком, малосмолистая. Устойчива к трещинообразованию. Годичные слои хорошо заметны. По прочности, плотности и стойкости против гниения ель нисколько не уступает сосне. Однако обрабатывать ее, по сравнению с сосной, более затруднительно из-за большого количества в ней сучков и их повышенной твердости.
Ель очень восприимчива к поражению насекомыми.
Древесине ели характерна наибольшая величина акустической константы, которая характеризует излучение звука. Из коры ели получают дубильные вещества. Древесина мягкая, легко обрабатывается, полируется, а также покрывается лаками. Применяется в тех же областях, что и сосна, но особенно в целлюлозно-бумажной промышленности и при производстве музыкальных инструментов.
Кедр
Кедр (Cedrus) – род хвойных вечнозеленых деревьев семейства сосновые. Достигает высоты 36 м или несколько более и диаметра 1,5 м. Растет в горах на высоте 1300–3600 м, образуя кедровые леса. Распространен в Атласских горах, в северо-западной Африке (кедр атласский), в Ливане, Сирии и Киликийском Тавре в Малой Азии (кедр ливанский), на острове Кипр (кедр короткохвойный) и в западных Гималаях (кедр гималайский). В Европе кедр часто выращивается в садах и парках.
У всех видов кедра древесина сходна по цвету. Светло-коричневое или желто-коричневое ядро, при атмосферных воздействиях приобретающее однородный коричневый цвет, отличается от узкой заболони беловатой окраски.
Смолистая (маслянистая), с острым кедровым запахом. Годичные слои четко выделяются за счет контраста между зонами ранней и поздней древесины. Текстура среднего размера. Волокна обычно прямые, хотя прямослойность чаще встречается у кедра гималайского . На продольных разрезах этого кедра видны неравномерные коричневые линии, образуемые частыми тангенциальными рядами травматических смоляных ходов. Устойчив к повреждениям грибами и насекомыми.
Древесина кедра мягкая, легко обрабатывается во всех направлениях. Кедр сохнет быстро и без больших проблем. Перед финишными работами необходимо удалить смолу.
На территории Урала и Сибири кедр использовался в качестве отделочного материала для жилищ. В Тобольске, Тюмени и Туринске сохранились здания, украшенные резными наличниками из его древесины. Кедр также применяли для изготовления столярных изделий.
Сегодня он используется только для эксклюзивных внутренних работ, при отделке яхт и декорирования интерьеров и для изготовления деревянных домов из бревна (чаще всего ручной рубки).
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 580 кг/м3 .
Пихта белая и пихта кавказская
Пихта белая (Abies alba) . Хвойное вечнозеленое растение семейства сосновые, высотой 30–50 м, с узкопирамидальной кроной. Ствол диаметром до 150 см, с бело-серой гладкой корой. Места произрастания – горы южной, средней и западной Европы, предпочитает очень плодородные почвы.
Пихта очень похожа на ель, но в отличие от нее у пихты нет смоляных накоплений. Цвет древесины изменяется от желтовато-белого до красновато-белого с серым оттенком. Стволы пихты часто страдают от атмосферных загрязнений, насекомых, животных, объедающих молодые побеги.
Легко обрабатывается, хорошо покрывается большинством лаков и красок. Дерево мягкое, среднеустойчиво к погодным воздействиям и неустойчиво к грибкам и вредителям.
Объемный вес в воздушно-сухом состоянии – около 450 кг/м3.
Пихта кавказская (Abies nordmanniana) по своим физико-механическим свойствам ни в чем не уступает ели в отличие от пихты сибирской, которая обладает меньшей плотностью и прочностью. Применяется для изготовления древесных конструкций, музыкальных инструментов, часто используется вместе с елью в производстве мебели.
Очень распространена в домостроении (особенно пихта кавказская). Раньше из пихты (наряду с елью) изготавливали гонт, которым покрывали крышу. Сейчас это в основном дверные и оконные блоки, полы, плинтусы, фризы и много других изделий.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 450 кг/м3.
Можжевельник
Можжевельник (Juniperus) . Большинство можжевельников – кустарники, но в южной Карелии встречаются и древовидные формы высотой до 12 м и диаметром 16 см. Единственный представитель семейства кипарисовые (Cupressaceae) в северных лесах. Встречается как в сухих сосновых борах на песчаной почве, так и в еловых лесах, избыточно увлажненных и даже заболоченных.
Растет медленно, морозоустойчив, светолюбив. Плохо переносит дым и копоть. Распространен в северной и средней части европейской территории России, в Западной Сибири, заходит в Восточную Сибирь.
Можжевельник – ядровая порода. Около коры расположена узкая светло-желтая полоса заболони, образующая волнистое кольцо неправильной формы. Внутри кольца красно-коричневая древесина ядра. Со временем заболонь становится темно-желтой с зеленоватым оттенком, а ядро приобретает красивые оливково-голубые оттенки. На торцевом срезе можжевельника четко различаются годичные слои. Текстура красивая, с красноватым оттенком, иногда полосатая или волнистая. Особенно эффектна в поперечном срезе.
Можжевельник, в отличие от других хвойных деревьев, не имеет смоляных ходов, поэтому он легко принимает различные красители и легко полируется. Крепкая, тяжелая и плотная древесина можжевельника хорошо обрабатывается различными режущими инструментами. Срезы получаются чистыми и глянцевитыми.
У древесины можжевельника незначительная усадка, при намокании она практически не разбухает. Ее можно с успехом применять для очень тонкой плоскорельефной и объемной резьбы, из нее мастерят небольшие декоративные изделия, трости, скульптуры, мелкие поделки и игрушки. Торцевые срезы применяются в инкрустации.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 920 кг/м3.
Тисс
Тисс (Taxus) – очень древняя порода. Вечнозеленое хвойное дерево из семейства тиссовые (Taxaceae), высотой около 20 м (наибольшая известная высота – 27 м), толщина ствола – 1 м. Крона широкораскидистая, очень густая. Хвоя мягкая, плоская, темно-зеленая, расположена на веточках в два ряда.
Тисс ягодный и тисс остроконечный
Тисс ягодный (Taxus baccata) произрастает в горах Кавказа и Крыма. Его нередко называют европейским, поскольку он встречается почти во всей Западной Европе. Ареал тисса ягодного охватывает, кроме того, районы Западной Белоруссии (Беловежская пуща), Западной Украины (Буковина), Южного Крыма, Кавказа, а также Азорские острова, горы Алжира, Малой Азии и Сирии.
Второй вид – тисс остроконечный, или дальневосточный (Taxus cuspidata) , распространен в Приморском крае и на Сахалине. Древесина твердая и тяжелая, почти не поддается гниению. Иногда на тиссе наблюдаются наплывы, густо покрытые очень короткими побегами с бледной хвоей.
Продолжительность жизни тисса ягодного до 1500 лет, а иногда и до 3–4 тыс. лет. Заболонь и сердцевина древесины тисса сильно отличаются друг от друга. Цвет сердцевины – от красно-коричневого до оранжево-коричневого.
Характерная примета древесины тисса – крошечные черные точки, в идеале сгруппированные на поверхности. Годичные слои извилистые и выглядят как широкие, темные кольца.
Тисс легко сушится и обрабатывается. Его древесина токсична, и поэтому ее обработка должна проводиться с особой осторожностью. Она имеет красивую текстуру и используется для изготовления мебели и как отделочный материал, очень прочна и идет на различные столярные поделки.
Объемный вес при стандартной влажности (12 %) – около 620 кг/м3.
______________________________________________________
Самым распространенным деревом во всем мире является сосна. Ее можно встретить в разных странах и климатических зонах. Всего насчитывают около 120 видов, и более 50 пород произрастает в России, но чаще всего можно встретить сосну обыкновенную. Сосновые деревья достигают в высоту 20-40 м, в диаметре - 40-60 см, иногда метр, а их возраст составляет 300-500 лет. Исключением является американская сосна-долгожитель, произрастающая в Неваде, которая растет уже около 4700 лет.
Как правило, рубку сосновых деревьев производят в возрасте 100-120 лет. Их преимуществом является быстрый рост, который зависит от температуры воздуха и количества осадков. При благоприятных условиях годовой прирост составляет до метра в высоту. Самым лучшим для строительной сосны считается климат северной полосы. У деревьев, произрастающих в этой зоне, небольшое межкольцевое расстояние и, соответственно, меньшая рыхлость и склонность к растрескиванию. Поэтому ценными считаются архангельская, карельская и ангарская сосны.
Годичные слои хорошо видны на сосновой древесине. Их ширина в среднем составляет 3 мм, однако может варьироваться от 1 до 10 мм. Граница между разными слоями очень четкая, при этом сердцевидные лучи выражены слабо, сосудов нет. Благодаря разному цвету ядра (от светло-розового до красновато-коричневого) и заболони (желтый или розоватый), их легко отличить друг от друга. Будучи хвойным деревом, сосна имеет смолу, поэтому на поздней древесине видно много крупных смоляных ходов.
Свойства сосны
Целебные свойства сосны были известны еще в древние времена, поэтому врачи использовали ее для борьбы с легочными заболеваниями - бронхит, пневмония, туберкулез, применяя хвою и смолы для лекарств, а также создавая лечебные санатории в борах. Физико-механические характеристики сосновой древесины способствуют ее использованию для строительства, производства декора и мебели.
Влажность ядра достигает 33% и не меняется по всей длине, а средние показатели наличия ваги в заболони составляют 112% и увеличиваются к вершине.
Плотность считается низкой. При стандартной влажности ее средний показатель составляет 505 кг/куб. м, а плотность полностью высушенной древесины - 480 кг/куб. м.
Усушка колеблется в зависимости от годичных слоев от 6.7% до 7.5%. Увеличение влажности воздуха влияет на коэффициенты разбухания: тангенциальный - 0.31, объемный - 0.5, радиальный - 0.18.
Влаго- и воздухопроницаемость древесины высокая, что позволяет хорошо обработать материал защитными и пропитками.
Теплоизоляция и термостойкость сосны очень высокие, поэтому она хорошо подходит для строительства домов и производства оконных рам. Например, ПВХ и алюминий, используемые для металлопластиковых окон, имеют более низкие теплоизоляционные показатели.
Электрическая проводимость отсутствует, так как сосна является диэлектриком.
Звукоизоляция древесины низкая. При строительстве деревянного дома для обеспечения требований СНиП необходимо делать перегородку от 10 см.
Восприимчивость к излучениям : рентгеновское не имеет воздействия, световое - до 3,5 см, нейтронное - до 10 см.
Несмотря на высокую прочность древесины, сосна считается мягким деревом, которое легко обрабатывается инструментами. Поэтому ее полюбили мастера, создающие мебель и декор. Еще одним плюсом является высокая стойкость к болезнетворным процессам - грибки, плесень, насекомые. Однако высокая влагопроницаемость сосны требует большего количества пропитки. К тому же перед нанесением сосновую древесину нужно обрабатывать щелочным раствором или бензином или спиртом из-за присутствия в ней смолы.
Области применения сосны
Это дерево является очень востребованным в разных сферах благодаря его качествам. Из него изготавливают профилированные и пиленые брусы, оцилиндрованные бревна, обрезные и необрезные доски для строительства. Блок-хаус, фальш-брус и вагонку применяют в качестве отделочных материалов. Например, сосна прекрасно подходит для отделки саун, поскольку помимо красивого внешнего вида источает приятный аромат и лечебные ферменты. Древесина используется для химической переработки, в машиностроении, железнодорожной сфере, горнодобывающей промышленности. Также она применяется для производства тары, а хвоя - биологически активных веществ.
Мебельные предприятия задействуют сосновую древесину в своей работе как основной материал, так и в качестве каркаса, который шпонируют другими породами. На ней легко создавать резные и мозаичные узоры. Она хорошо тонируется, поэтому ей можно придать любой цвет. Мебель из сосны является экологичной, надежной и красивой.
В этой статье:
Качество пиломатериалов зависит не только от размеров и породы дерева, соблюдения производителем всех тонкостей технологического процесса, а и от условий его произрастания. У древесины существует множество видов малоразличимых пороков развития и последствий механических повреждений, большинство из которых внешне практически незаметны (неопытному глазу, разумеется).
Любой дефект усложняет обработку, ослабляет прочностные качества дерева и изделий из него. Так какие же бывают пороки древесины и как их вовремя распознать?
Практическая польза от прогулки по лесу
Профессионалы знают, как проявляются пороки древесины, и способны еще до рубки дерева дать оценку его качеству методом индивидуальной таксации. Такая оценка нужна для предварительных расчетов по следующим вопросам:
- каким будет выход качественного сырья;
- на какой высоте ствол будет перепилен на отдельные части;
- размеры отдельных отрезов, их практическое применение и т.д.
Например: таксируемый ствол сосны диаметром в 28 см на высоте 1м от земли имеет комлевую гниль. На высоте 1-7,5 м на стволе отсутствуют сучья, и древесина выглядит здоровой. На высоте 9,5 м находится сосновая губка (грибковое поражение ), от которой расходится стволовая гниль на 0,5 м вверх и 1,5 м вниз по стволу. На отрезке от 9,5 м до 15,5 м имеются лишь мертвые наружные сучья, а сама древесина выглядит здоровой.
Результаты таксации:
- метровый комлевый слой используется на дрова;
- 6,5 м – первосортный пиловочник;
- 2м – пересорт (неизвестно, насколько глубоко поражение гнилью);
- последние 6м – могут быть использованы как рудстойка.
Дефекты формы ствола
Недостатки древесины, которые возможно определить по внешнему виду пиловочника:
1. Сбежистость
Утончение ствола от комля к вершине – естественное явление, но если диаметр уменьшается на протяжении 1м больше чем на 1 см – это уже сбежистость. Такой порок характерен для растений, выросших в редком древостое. При обработке сбежистого ствола образуется высокое количество отходов, для древесины из таких бревен характерен и другой недостаток – радиальный наклон волокон.
2. Закомелистость ствола
Вариация сбежистости, при которой наблюдается значительное увеличение диаметра ствола у комель (превышение на 20% и более диаметра ствола на расстоянии 1м от расширения).
3. Кривизна
Искривление ствола возможно по ряду причин: вследствие потери верхушки и ее замены боковой ветвью, из-за изменения освещения, при росте на холмах и горных склонах и т.д. Процент кривизны рассчитывают как показатель стрелы прогиба ствола в месте искривления.
4. Овальность
Если форма торца круглого лесоматериала имеет форму эллипса, скорее всего при распиле будет обнаружена крень и тяговая древесина.
5. Наросты
Местные утолщения ствола, которые образуются в результате поражения дерева грибами, бактериями, химическими и радиационными реагентами, механическими повреждениями. У растения нарушаются ростовые процессы, что, естественно, отражается на качестве и структуре древесины: годичные слои изгибаются, повторяя очертания нароста.
Такой материал сложен в обработке, имеет высокую твердость и низкую упругость. Древесина наростов (кап, сувель ) ценится как сырье для художественных изделий и облицовочного материала (шпона).
6. Последствия механических повреждений
Прорость
Прорость – заросшая рана, содержащая мертвую древесину. Недавнее повреждение легко обнаружить при визуальном осмотре боковой поверхности ствола растущего дерева. Но при полном зарастании видна только щель, заполненная остатками коры.
Рак дерева
Рак дерева – результат деятельности грибков и бактерий – открытая или закрытая рана с аномальными утолщениями и наплывами возле пораженных мест. При этом дефекте нарушается правильность круглой формы бревна, а у хвойных пород сопровождается повышенной смолистостью.
Сухобокость
Сухобокость – одностороннее омертвление ствола, лишенного коры вследствие ожога, обдира, ушиба и т.д. Порок вызывает повышенную смоленистость, образование завитков и наплывов, нарушает прочностные качества древесины и увеличивает количество отходов при обработке.
Пороки строения древесины
Эти дефекты можно распознать по срезу бревна.
1) Неправильное расположение годичных слоев, волокон
Косослой
Косослой – отклонение волокон от продольной оси, который можно увидеть при распиле волокон.
Косослой может быть:
- тангенциальный (неправильное направление сердцевинных лучей от продольной оси);
- радиальный – при радиальном распиле обнаруживаются различные отклонения в промежутках между годичными кольцами.
Правильность наклона измеряют так: на боковой поверхности (наиболее типичное место образования дефекта) проводят линию, параллельную продольной оси. На протяжении 1м выявляют угол отклонения волокон и измеряют его в процентах. Чем выше этот показатель, тем ниже прочность древесины.
Кроме того, наклон волокон увеличивает естественную усушку в продольном направлении, случит причиной винтового коробления пиломатериалов, снижает показатели гибкости и усложняет механическую обработку древесины.
Выделяют следующие разновидности неправильного наклона:
Свилеватость
Свилеватость – волнообразное или хаотичное расположение волокон, встречается в комлевой части или около наростов типа капов. Этот дефект характерен для лиственных пород (например, березы ) и обычно ограничивается местными участками – поражение целого ствола встречается крайне редко.
Завиток и глазки
Завиток и глазки – искривление годовых колец в области сучков и проростей.
Крень
Крень – образуется в изогнутой или наклоненной к земле древесине. На пиломатериалах крень выглядит как тусклые темные полосы различной ширины. Наиболее часто встречается у спелодревесных пород (пихта, ель). У других представителей хвойных – сосны, лиственницы, кедра – крень выражена менее ярко.
Из-за присутствия порока ухудшается качество пиломатериалов, а при его поперечном распиле нередко зажимаются пилы оборудования.
Тяговая древесина
Тяговая древесина – антипод креневой. Она образуется на растянутой зоне искривленных ветвей или стволов. Такой дефект на распиле имеет светлую окраску с перламутровым оттенком, которая при сушке или под воздействием солнечных лучей окрашивается в темно-коричневый цвет. Древесину с тяговым пороком сложно обрабатывать: при распиле образуются ворсистые поверхности, отделяющиеся волокна забивают зубья пил.
2) Нерегулярные образования
Ложное ядро
Ложное ядро – темная внутренняя зона, границы которой не совпадают с годичными кольцами. Причиной образования дефекта могут быть сильные морозы, грибы, бактерии, реакция растущего дерева на механическое повреждение. Эта зона по прочности превосходит заболонь, но имеет низкие показатели гибкости.
Внутренняя заболонь
Внутренняя заболонь – образования в зоне ядра нескольких годичных слоев, идентичных по свойствам заболони: древесина легко пропускает жидкость, имеет низкую стойкость против гнили. Это явление наиболее часто встречается у ясеня и дуба.
Сердцевина
Сердцевина – центральная часть ствола с рыхлой древесиной. Для бревен не считается дефектом, а вот для пиломатериала – присутствие сердцевины нежелательно из-за подверженности к гнили и растрескиванию.
Пасынок
Пасынок – вторая вершина ствола, отмершая или отставшая в росте, которая пронизывает ствол под острым углом к оси. Обычно, пасынки протягиваются вдоль большей части бревна, что нарушает однородность строения, целостность и прочность древесины.
Сучки
Сучки овальные, продолговатые, круглые – следы от основания ветвей. Степень влияния сучков на прочностные свойства дерева зависит от его вида и размера. Наиболее опасны гнилые и «табачные» (с древесиной, легко растирающейся в порошок) – они сопровождаются скрытой гнилью.
Трещины
Трещины – расхождение и разрывы древесины внутри ствола, которые могут возникнуть от сильных морозов, водослоя, падения дерева при валке. Трещины способствуют проникновению грибков, влаги внутрь ствола, что провоцирует гниение.
3) Отложения в древесине
Водослой
Водослой – участки с повышенной влажностью в области ядра. Такая древесина отличается высокой гигроскопичностью, при сушке деформируется и растрескивается. На торцевом разрезе такие дефекты выглядят как темные пятна по центру распила; в продольном – как полосы, идущие вверх от комля к вершине.
Смоляные карманы
Смоляные карманы – полость между годичными слоями дерева, заполненная смолой, камедями. Могут быть сквозными или односторонними, величиной от миллиметра до 15см. Образуются от воздействия насекомых, механических повреждений, при нагревании ствола солнцем в сильный мороз.
Засмолок
Засмолок – пропитанный смолой участок хвойной древесины в области механического повреждения. Такая древесина имеет отличные показатели плотности и устойчивости к гниению, но плохо обрабатывается и склеивается.
С более подробной классификацией пороков и дефектов древесины можно ознакомиться в ГОСТе 2140-81 .
