Б. Н. Уголев
*
ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ И ЛЕСНОЕ ТОВАРОВЕДЕНИЕ
2-е издание
ВОСПРОИЗВОДСТВО И ПЕРЕРАБОТКА ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ
СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Б. Н. УГОЛ ЕВ
ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ И ЛЕСНОЕ
ТОВАРОВЕДЕНИЕ
Допущено
Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальностям 2601 «Технология лесозаготовок», 2602 «Технология деревообработки», 2603 «Технология переработки древесины», 2604 «Лесное и лесопарковое хозяйство»
2-е издание, стереотипное
Москва
ACADEMA
2006
УДК 674.038.3 (075.32)
ББК 37.11 я 723
У261
Рецензенты:
доктор с.-х. наук, проф. кафедры «Древесиноведение и фитопатология» Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии
О. И. Полубояринов", зам. зав. очным отделением Правдинского лесохозяйственного техникума, преподаватель древесиноведения Т.Д. Белова
Уголев Б. Н.
У261 Древесиноведение и лесное товароведение: Учебник для сред. проф. образования / Борис Наумович Уголев. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 272 с.
ISBN 5-7695-2620-3
Приведены сведения о частях растущего дерева и строении древесины. Рассмотрены основные химические, физические и механические свойства древесины. Описаны пороки древесины и ее стойкость. Дана характеристика основных коммерческих древесных пород. Изложены вопросы классификации и стандартизации лесных товаров. Приведены товароведческие сведения о лесоматериалах, пилопродукции, лущеных, строганых, колотых сортиментах, композиционных древесных материалах.
Для студентов средних профессиональных учебных заведений. Может быть полезен работникам мебельного, паркетного, тарного и других деревообрабатывающих производств, строительства и лесного хозяйства.
УДК 674.038.3 (075.32)
ББК 37.11 я 723
Оригинал-макет данного издания является собственностью Издательского центра «Академия», и его воспроизведение любым способом без согласия правообладателя запрещается
©Уголев Б.Н., 2004
G Ойра‘>п1>ите|1Ыйнммаащ>ский центр «Академия», 2004
ISBN 5-7695-2620-3	©	11-1,7 р «Академия», 2004
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первый учебник по древесиноведению для системы среднего профессионального образования был написан в 1954 г. выдающимся ученым Леонидом Михайловичем Перелыгиным (1891 — 1959), внесшим крупный вклад в развитие отечественной науки о древесине.
Перу Л. М. Перелыгина принадлежит много книг по строению древесины, методам ее физико-механических испытаний, порокам древесины и другим вопросам.
Много лет Л. М. Перелыгин преподавал в Московском лесотехническом институте. Им написан ряд учебников по древесиноведению для высших учебных заведений.
После кончины Л. М. Перелыгина при участии его ученика, автора настоящей книги, вышло в свет (в 1960, 1963, 1971 гг.) еще три посмертных издания упомянутого выше учебника для лесотехнических техникумов.
В 1987 г. А.Л. Михайличенко и И. С. Сметаниным был опубликован учебник для лесохозяйственных средних учебных заведений.
В 1991 г. был издан учебник проф. Б.Н.Уголева «Древесиноведение и лесное товароведение» для лесотехнических техникумов.
За истекший с этого времени период был выполнен ряд важных научно-исследовательских работ в области строения и свойств древесины, изменились многие стандарты на методы физико-механических испытаний древесины, утверждены новые стандарты на пороки древесины, методы ее защитной обработки, способы модификации ее свойств, расширился круг сведений о потребительских свойствах товаров из древесины, большее значение приобрели экологические аспекты комплексного использования древесного сырья.
Все это обусловило необходимость создания единого учебника, включающего основной раздел «Древесиноведение» и базирующийся на нем раздел «Лесное товароведение».
Предлагаемый вниманию читателей учебник предназначен для древесиноведческой и товароведческой подготовки студентов, обучающихся в средних специальных учебных заведениях по специальностям: 2601 «Технология лесозаготовок», 2602 «Техноло
3
гия деревообработки», 2603 «Технология переработки древесины», 2604 «Лесное и лесопарковое хозяйство».
В соответствии со спецификой подготовки специалистов лесохозяйственного, а также лесозаготовительного профиля в традиционный товароведческий раздел учебника включена глава «Потребительские товары».
Учебником могут пользоваться студенты и преподаватели как лесотехнических, так и лесохозяйственных учебных заведений. При этом, в зависимости от особенностей программы, по указанию преподавателя некоторые темы, если они освещены в других учебных дисциплинах, могут быть опущены.
ВВЕДЕНИЕ
Древесина — основная продукция лесов. Леса имеют не только промышленное, но и важнейшее экологическое значение. Они вырабатывают почти половину вдыхаемого человеком кислорода, усваивают и хранят углерод, образующий углекислый газ. Содержание этого газа в атмосфере непрерывно возрастает, угрожая из-за «парникового эффекта» повышением среднеглобальной температуры. Леса обеспечивают баланс воды, плодородие почв, сохранение разнообразия биологических видов. Древесные растения создают биомассу, необходимую для существования всего живого на земле [И].
Россия — крупнейшая лесная держава. По состоянию на 1998 г. ее лесопокрытая площадь составляет 774 млн га, а запасы древесины — 82 млрд м3 [10]. На долю России приходится около 1/5 лесопокрытой площади планеты и мировых запасов древесины, в том числе почти половина запасов наиболее ценной древесины хвойных пород.
Древесину потребляют все отрасли народного хозяйства. Она прочна и легка, имеет хорошие теплоизоляционные свойства, способность без разрушения поглощать работу при ударных нагрузках, гасить вибрации. Древесина легко поддается механической обработке, склеиванию, удерживает металлические и другие крепления, обладает уникальной резонансной способностью. Она используется для производства строительных деталей и конструкций, домов, мебели, музыкальных инструментов, тары и спортивного инвентаря, в качестве шпал, крепи для угольной и горнорудной промышленности, а также для многих других целей.
Однако материалы, получаемые из древесины чисто механическим путем, имеют недостатки: сильную изменчивость свойств, неоднородность строения, анизотропию, пороки, способность усыхать, разбухать, коробиться и растрескиваться, загнивать и возгораться. Перечисленные недостатки в значительной мере устраняются при химической и химико-механической переработке древесины в листовые и плитные материалы: бумагу, картон, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, фанеру и др.
Введение в древесину антисептиков, антипиренов, смол, а также пластификация и прессование позволяют улучшить свойства натуральной древесины и получить био- и огнестойкие материа
5
лы с повышенной прочностью, износостойкостью и формоустой-чивостью, антифрикционными и другими необходимыми технологическими и эксплуатационными свойствами.
Древесина обладает высокими эстетическими качествами. Это экологически «дружественный» человеку материал. Отработавшая древесина легко поддается биологическому разложению и не загрязняет окружающую среду.
Древесина относится к восстанавливаемым природным ресурсам, возможно повторное ее использование. В условиях ограниченности запасов топлива большое значение приобретает малая энергоемкость получения древесины, которая в несколько раз ниже, чем у других конструкционных материалов. Древесина становится важным источником сырья для получения жидкого и газообразного топлива, продукции органического синтеза, кормовых продуктов для сельского хозяйства и, в перспективе, продуктов питания.
Рациональное использование древесины и других лесных богатств — важная часть общей задачи охраны природы, которая отражена в Лесном кодексе РФ (1997 г.).
Совокупность сведений о строении и свойствах древесины, которые получают в результате биологических, химических, физических и механических исследований, содержит непрерывно развивающаяся научная дисциплина древесиноведение. В ней представлены также сведения о коре, корнях и кроне дерева. Потребительские качества лесных материалов и продуктов рассматриваются в лесном товароведении.
История зарождения и развития отечественного древесиноведения как научной дисциплины связана с работами В. В. Петрова (1813 г.), А.Е.Теплоухова (1842 г.), А.В.Гадолина (1873 г.), Д.Н.Кайгородова (1878 г.), П. А. Афанасьева (1879 г.), Н.М. Бурого (1900 г.), Н.А.Филиппова (1912 г.), В.А.Петровского (1913 г.), С. А. Богословского (1915 г.) и других ученых. В этих работах были открыты важные закономерности и определены показатели некоторых свойств древесины отдельных пород, а также установлено влияние на них условий произрастания.
В 1920-х годах исследования свойств древесины проводили Н. А. Филиппов, Н. Т. Кузнецов, С. И. Ванин, Л. М. Перелыгин, Е. И. Савков и др. Крупные успехи в развитии древесиноведения были достигнуты в 1930-х годах. В Институте древесины, из которого впоследствии был выделен Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины (ЦНИИМОД), во Всесоюзном институте авиационных материалов (ВИАМ), Центральном научно-исследовательском институте промышленных сооружений (ЦНИИПС) и других научных организациях проводились исследования основных физико-механических свойств древесины лесных пород из различных районов страны. Значитель
6
ные работы в этой области провели С. И. Ванин, Е. И. Савков, А. X. Певцов, Н. Н. Чулицкий, Ф. П. Белянкин, Н. Л. Леонтьев, А. И. Кондратьев, Н. Н. Абрамов, А. А. Солнцев, Н. И. Стрекалов-ский и др. Особенно велики заслуги Л. М. Перелыгина, разработавшего первый стандарт на методы физико-механических испытаний древесины. Исследования пороков древесины, которые также завершились созданием стандарта, проводились в ЦНИИМОДе (А.Т.Вакин, В. В. Миллер, Е. И. Мейер и др.). Строение древесины и коры изучали Л. А. Иванов, Л. М. Перелыгин, И. С. Мелехов и др.
В 1940— 1960-х годах важные исследования физических и механических свойств древесины провели Ю. М. Иванов, Ф. П. Белянкин, Н- Л. Леонтьев, А. Н. Митинский, П. Н. Хухрянский, П.С.Сер-говский, В. А. Баженов, В. Н. Быковский и др.; анатомии древесины — А.А. Яценко-Хмелевский, В. Е. Вихров, В. Е. Москалева; пороков и хранения древесины — А.Т. Вакин, С. Н.Горшин, Ф. И. Коперин и др.
В 1970— 1980-х годах ценные работы были выполнены в Институте леса и древесины им. В. Н. Сукачева (ИЛД) в Красноярске — по тепловым и влажностным свойствам древесины (Б. С. Чудинов), плотности (Л. Н. Исаева) и проницаемости древесины жидкостями и газами (Е.В.Харук); в Лесотехнической академии (ЛТА) — по анизотропии упругих свойств и прочности древесины (Е. К. Ашкенази), по плотности, порокам древесины, биологическим основам ее защиты, квалиметрии древесного сырья (О. И. Полубоя-ринов, Д. В. Соколов, В.А. Соловьев, А.Л.Синькевич), по анатомии древесины отечественных и тропических пород (А. А. Яценко-Хмелевский, М. И. Колосова); в ЦНИИМОДе — по стандартизации методов испытаний древесины и пиломатериалов (А. М. Боровиков и др.); в Сенежской лаборатории консервирования древесины — по определению биостойкости древесины (С.Н.Горшин, И.А.Чернецов), по анатомии древесины, пораженной грибами (И. Г. Крапивина); в Центральном научно-исследовательском институте бумаги (ЦНИИБ) — по технической анатомии древесины (В. Е. Москалева, 3. Е. Брянцева, Е. В. Гончарова); в Институте горного лесоводства (Тбилиси) — по закономерностям деятельности камбия, формированию структуры и свойств кавказских пород (Э. Д. Лобжанидзе); в Институте химии древесины (ИХД, Рига) — по строению и топохимии клеточной стенки (В. С. Громов, П.П.Эриньш), свойствам модифицированной древесины (К.А.Роценс, Я.С.Долацис и др.); в Ботаническом институте им. В. А. Комарова (БИН) — по морфологии и диагностике хвойных пород (Е.С.Чавчавадзе); в Воронежском лесотехническом институте — по деформированию древесины при прессовании (Б. И. Огарков, А. В. Апостол), а также в ряде других организаций.
7
В Московском лесотехническом институте (МЛТИ) автором и под его руководством в 1950— 1980-х годах были проведены исследования деформативности, реологических свойств, внутренних напряжений (Ю. Г. Лапшин, Э. Б. Щедрина, Х.А.Фахретдинов), неразрушающих ультразвуковых методов контроля (В. Д. Никишов), акустических свойств (И. И. Пищик), усушки и разбухания древесины (В. П. Галкин) и др. Были также исследованы влагопровод-ность (П. С. Серговский), теплофизические свойства (Г. С. Шубин), проницаемость (А.И.Расев), свойства древесины как конструкционного материала (Ю. С. Соболев), процессы формирования древесины карельской березы (А.Я.Любавская, В. В. Коровин).
В 1990-х годах продолжалась разработка разнообразных древе-синоведческих проблеял в различных научных и учебных организациях: в академических институтах — Институте леса СО РАН в Красноярске (Е. А. Ваганов, С. Р. Лоскутов, Г. Ф. Антонова), Ботаническом институте РАН в Санкт-Петербурге (Е.С.Чавчавадзе и др.), Институте леса КНЦ РАН в Петрозаводске (Л. Л. Новицкая, В. А. Козлов, М. В. Кистерная); в вузах — Московском государственном университете леса (МЛТИ—МГУЛ) (Б.Н.Уголев, В. Г. Санаев, Е. Г. Мозолевская и др.), Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (О. И. Полубояринов, В.А. Соловьев, И. П. Дейнеко и др.), Марийском государственном техническом университете (В.И.Пчелин, И.А.Алексеев, В.И.Федюков и др.), Архангельском государственном техническом университете (В. И. Мелехов, В. Н. Волынский), Воронежской лесотехнической академии (А. Л. Гутман, Т. К. Курьянова, В.А.Шамаев и др.), Сибирском государственном технологическом университете (Е. В.Харук, В. Н. Ермолин), Уральской лесотехнической академии (Д. А. Беленков, В. В. Сергеев), Брянской инженерно-технической академии (В. Н. Поляков), Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (В. М.Хрулев, Н.А. Машкин), Московском государственном строительном университете (Е.Н. Покровская); в отраслевых институтах — ЦНИИМОДе (Ю. А. Варфоломеев), Центральном институте строительных конструкций (Л. М. Ковальчук), Научно-исследовательском институте лесной генетики и селекции (В. К. Ширнин, Н.Е.Косиченко).
Результаты исследований, выполненных в этих организациях, представлены в трудах международных симпозиумов «Строение, свойства и качество древесины», проведенных в Москве — Мытищах (1990 г.), Москве (1996 г.), Петрозаводске (2000 г.). Эти крупные симпозиумы, а также семинары и выездные сессии организует Региональный координационный совет по древесиноведению (РКСД), функционирующий при МГУЛ под эгидой Международной академии наук о древесине (ИАВС). В РКСД входят ученые из России, Белоруссии, Болгарии, Венгрии, Грузии, Латвии, Польши, Украины, Эстонии [22].
8
Отечественные исследователи существенно расширили знания о древесные. Многие из них занимают достойное место среди таких зарубежных ученых с мировым именем, как Ф. Кольманн, А. Фрей-Висслинг, Г. Марк, Р. Тренделенбург, Л. Форрейтер, А.Бьеркман, В.Лизе, В.Тунель, А.Юлинен, Х.Скаар, Г.Босхард, Г.Секхар, Д.Сиау и др.
Выдающийся деятель отечественной лесной науки и лесотехнического образования Г. Ф. Морозов (1867 —1920) впервые указал на необходимость разделения преподававшегося в Санкт-Петербургском лесном институте курса «Лесная технология» на две части: основной частью должно было стать «Учение о древесине», а прикладной — «Технология дерева».
В качестве самостоятельной учебной дисциплины древесиноведение оформилось в 1932 г., когда в вузах были открыты соответствующие кафедры. В 1934 г. С. И. Ванин написал учебник по древесиноведению, который переиздавался в 1940 и 1949 гг.
Непрерывно возраставший объем знаний о древесине находил отражение в таких руководствах и учебниках, как «Механические свойства и испытания древесины» (Л. М. Перелыгин, А. X. Певцов, 1934 г.), «Альбом пороков древесины» (В. В. Миллер, А.Т.Вакин, 1938 г.), «Древесиноведение» (Л. М. Перелыгин, 1949, 1954, 1957 гг. и посмертные переиздания в 1960, 1963, 1969 и 1971 гг.), «Строение древесины» (Л. М. Перелыгин, 1954 г.), «Основы и методы анатомического исследования древесины» (А. А. Яценко-Хмелевский, 1954 г.), «Строение древесины и его изменение при физических и механических воздействиях» (В. Е. Москалева, 1957 г.), «Диагностические признаки древесины главнейших лесохозяйственных и лесопромышленных пород» (В. Е. Вихров, 1959 г.), «Древесина. Показатели физико-механических свойств». РТМ (Н. Л. Леонтьев, 1962 г.), «Испытания древесины и древесных материалов» (Б.Н.Уголев, 1965 г.), «Альбом пороков древесины» (А.Т.Вакин, О.И.Полубояринов, В.А.Соловьев, 1969, 1980 гг.), «Техника испытаний древесины» (Н. Л. Леонтьев, 1970 г.), «Древесина как конструкционный материал» (Ю. С. Соболев, 1979 г.), «Древесиноведение с основами лесного товароведения» (Б.Н.Уголев, 1975, 1986, 2001 гг.), «Справочник по древесине» (А. М. Боровиков, Б.Н.Уголев, 1989 г.), «Древесиноведение: таблицы, формулы, графики» (О. И. Полубояринов, 1997 г.), «Древесиноведение коммерческих пород» (Б.Н.Уголев, Я.Н.Станко, 1997 г.) и др.
Систематизированные сведения о лесных товарах приведены в изданных в разные годы руководствах и учебниках «Лесное товароведение» А.Белилина (1931 г.), А.И.Кузнецова (1932, 1934, 1940 гг.), С.Я.Лапирова-Скобло и А.Ф.Тиайна (1933 г.), С.Я.Ла-пирова-Скобло (1950, 1959 гг. и посмертное издание в 1968 г.), А. С. Ярмолинского, П. Л. Калашникова, В. Д. Бахтиярова (1972 г.), Ю.Ф. Осипенко и В.П.Рябчука (1979 г.) и др.
ЧАСТЬ I
ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ
Глава 1
СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ
1.1. Части растущего дерева
Среди древесных пород различают хвойные и лиственные. Растущее дерево состоит из трех частей: кроны, ствола и корней (рис. 1.1). Крона представляет собой совокупность ветвей, одетых листьями (хвоей). В зеленых листьях кроны из углерода, поглощаемого из воздуха в виде углекислоты, и воды, поступающей из почвы через корни и ствол, на свету (в процессе фотосинтеза) образуются сложные органические вещества, необходимые для жизни и роста дерева.
Ствол поддерживает крону и связывает ее с корнями. По стволу в восходящем токе перемещаются растворы минеральных веществ из почвы, а в нисходящем — растворы органических веществ, выработанных в листьях. В стволе также хранятся запасные питательные вещества. На его долю приходится не менее половины, а у некоторых пород до 90 % объема дерева.
Корни представлены системой, которая включает в себя мелкие корешки, всасывающие воду с растворенными в ней минеральными веществами, и толстые корни, которые удерживают ствол в вертикальном положении, проводят воду и хранят запасы питательных веществ.
Относительный объем, занимаемый каждой частью дерева, для разных пород представлен в табл. 1.1 (ориентировочные данные).
Рис. 1.1. Части растущего дерева:
1 — корни; 2 — ствол; 3 — крона
10
Таблица 1.1
Относительный объем частей дерева, %
Порода	Частьдерева		
	Ствол	Корни	Ветви
Лиственница	77... 82	12...15	6-8
Сосна	65...77	15... 25	8...10
Ясень	55...70	15...25	15...20
Береза	78... 90	5...12	5...10
Бук	55...70	20...25	10...20
Клен	65-75	15...20	10...15
Главные разрезы и части ствола. Ствол изучают на трех разрезах (рис. 1.2): поперечном, или торцовом (плоскость перпендикулярна оси ствола); радиальном (плоскость проходит вдоль оси ствола через сердцевину по радиусу торца) и тангенциальном (плоскость проходит вдоль оси ствола перпендикулярно радиусу торца).
На поперечном разрезе можно указать радиальные и тангенци
альные направления, а на продольных разрезах — направления вдоль волокон и радиальное или тангенциальное.
На поперечном разрезе ствола различают следующие главные части: примерно в центре разреза находится небольшая по разме
рам сердцевина, основную часть занимает древесина, снаружи находится к о р а. На границе между древесиной и корой располагается тонкий, не различимый невооруженным глазом слой к а м б и я. В результате деятельности камбия происходит прирост древесины и коры.
Сердцевина на поперечном разрезе имеет вид пятнышка диаметром 2... 5 мм коричневого или бурого цвета, чаще всего круглой формы. На радиальном разрезе сердцевина видна как полоска той же ширины и цвета. На тангенциальном разрезе сердцевину обнаружить нельзя. Направление сердцевины вдоль по стволу у хвойных пород более или менее
Рис. 1.2. Главные разрезы ствола:
П — поперечный; Р — радиальный; Т — тангенциальный
прямое, у лиственных — извилистое. Сердцевина состоит из мягкой ткани.
11
Таблица 1.2
Относительный объем коры в стволе, %
Порода	Объем коры	Порода	Объем коры
Лиственница	22...25	Дуб	14...21
Сосна	10... 16	Бук	7... 11
Ель	6... 13	Береза	13... 15
Кедр	6... 10	Осина	И...20
Пихта	11... 19	Липа	12... 16
Кора на поперечном разрезе ствола имеет форму кольца, окрашенного значительно темнее древесины (см. рис. 1.2). В толстой коре на взрослых деревьях можно различить два слоя с постепенным или резким переходом от одного к другому: наружный слой (корка) и внутренний слой, прилегающий к камбию и древесине (луб). Луб особенно хорошо развит и заметен у липы. В растущем дереве корка защищает древесину и камбий от резких колебаний температуры, испарения воды, механических и иных повреждений; лубяной слой проводит вниз по стволу органические питательные вещества, образованные в листьях кроны.
На стволах молодых деревьев кора снаружи гладкая, иногда с тонкими опадающими чешуями; при утолщении ствола в коре появляются трещины, углубляющиеся с возрастом. По характеру поверхности различают кору гладкую (пихта), бороздчатую (ясень), чешуйчатую (сосна), волокнистую (можжевельник) и бородавчатую (бересклет). Цвет коры снаружи меняется в широких пределах: от белого (береза), светло-серого (пихта), зелено-серого (осина) до серого (ясень), темно-серого (дуб) или темно-бурого (ель).
Кора ежегодно нарастает в толщину, однако вследствие малой величины годичного прироста и постепенного отпадания наружных слоев в виде чешуи кора никогда не достигает такой толщины, как древесина. Объем коры по отношению к объему ствола (табл. 1.2) зависит от породы, возраста дерева и условий произрастания.
С увеличением возраста относительный объем коры снижается, а с ухудшением условий произрастания — повышается. Доля коры в объеме ствола понижается с увеличением диаметра ствола. Толщина коры уменьшается по направлению от комля к вершине.
1.2.	Макроскопическое строение древесины
Заболонь и ядро. Изучая макроскопическое (наблюдаемое невооруженным глазом) строение древесины, можно обнаружить, что у одних пород древесина окрашена равномерно, а у других
12
центральная часть темнее наружной. Темноокрашенная часть называется ядром, а наружная светлая зона — заболонью (см. рис. 1.2). У некоторых пород центральная часть, не отличаясь по цвету от наружной, содержит (в растущем дереве) значительно меньше воды и называется спелой древесиной. Породы, имеющие ядро, называются ядровыми, а породы со спелой древесиной — спелодревесными. Если же между центральной и периферической частями древесины нет разницы ни в цвете, ни в содержании воды, то породы называются заболонными.
Полагают, что ядро образуется у всех пород, только у одних темная окраска его возникает всегда или при определенных условиях, а у остальных оно остается светлым. Следовательно, спелая древесина — это неокрашенное ядро.
Окрашенное ядро среди хвойных пород имеют лиственница, сосна, кедр, тис, можжевельник; среди лиственных — дуб, ясень, вяз, ильм, карагач, грецкий орех, тополь, ива, рябина и др. К заболонным породам относятся многие лиственные — береза, ольха, липа, граб, клен, самшит, груша, орешник и др. Спелую древесину среди хвойных пород имеют ель и пихта, а среди лиственных — бук, осина и некоторые другие.
В раннем возрасте древесина всех пород состоит только из заболони, и лишь с течением времени у некоторых пород образуется ядро. У одних пород образование ядра начинается рано (у дуба, например, на 8... 12-й год) и заболонь бывает узкой. У других пород ядро образуется значительно позднее (у сосны в возрасте 30... 35 лет), что обусловливает наличие широкой заболони. Переход от заболони к ядру может быть резким (тис) или постепенным (грецкий орех). С возрастом диаметр ствола увеличивается и доля ядра возрастает за счет перехода части заболонной древесины в ядровую. Так, у дуба объем ядра при диаметре ствола 15 см составляет примерно 50 % объема заболони; при диаметре 30 см ядро в 3...5 раз больше заболони по объему, а при диаметре 60 см на заболонь приходится всего 10 % объема ядра.
Размеры заболони зависят от условий произрастания. Так, у дуба наиболее широкая заболонь наблюдается в стволах деревьев, произрастающих на солонцовых почвах, а наименьшая — в пойменных дубравах. В стволах сосны из Республики Коми относительное содержание заболони возрастает с ухудшением условий произрастания. Ширина заболони по высоте ствола у хвойных пород (сосна, ель) постепенно уменьшается, а у дуба остается почти без изменения; в то же время доля площади поперечного сечения ствола, приходящегося на заболонь, увеличивается вверх по стволу. Для сосны из Республики Коми и Красноярского края ширина заболони с возрастом увеличивается, а после 100... 120 лет начинает уменьшаться главным образом за счет уменьшения ширины годичного прироста древесины.
13
В растущем дереве заболонь служит для проведения воды вверх по стволу (из корней в крону) и для отложения запасных питательных веществ.
Образование ядра зависит от породы, возраста, условий произрастания и других факторов; в известной мере оно связано с жизнедеятельностью кроны. Процесс ядрообразования заключается в отмирании живых элементов древесины, закупорке водопроводящих путей, отложении смолы и углекислого кальция. Древесина в этой зоне пропитывается дубильными и красящими веществами, в результате чего темнеет, ее плотность несколько увеличивается, возрастает стойкость к гниению.
Вследствие закупорки водопроводящих путей древесина ядра мало проницаема для воды и воздуха, что имеет положительное значение при изготовлении из древесины тары под жидкие товары и отрицательное — при пропитке древесины антисептиками (ядро обычно не пропитывается). В растущем дереве ядро придает стволу устойчивость; вместе с тем ядро может служить хранилищем для воды (дуб, вяз).
Годичные слои. Каждый год на стволе откладывается слой древесины. Схематически ствол можно представить в виде системы насаженных один на другой конусов. На рис. 1.3 изображена схема формирования ствола тринадцатилетнего дерева. На нижнем поперечном срезе показаны десять концентрических полуокружностей, а на верхнем пять. Следовательно, потребовалось соответственно 3 года и 8 лет для того, чтобы дерево достигло той высоты, на которой сделаны поперечные срезы. На поперечном срезе годичные слои имеют вид концентрических кольцевых полос разной ширины.
Годичные слои заметны у многих пород, но особенно хорошо у хвойных. На радиальном разрезе годичные слои имеют вид продольных параллельных полос, а на тангенциальном — извилистых U-образных полос (рис. 1.4).
Ширина годичных слоев сильно колеблется в зависимости от многих факторов:
Рис. 1.3. Схема формирования ствола
14
породы, возраста, условии произрастания, положения в стволе. Наиболее узкик годичные слои (до 1 мм) образуются у медленно растущих пород ((самшита), а наиболее широкий (1 см и больше) характерны дл^ быстро растущих пород (тополя, ивы). В стволе дерева годичные слои шире, чем в ветвях. В молодом возрасте и при благоприятных условиях роста образуются более широкие годичные
Рис. 1.4. Вид годичных слоев на
слои.
По радиусу ствола ширина годичных слоев не остается постоянной и изменяется так: у сердцевины располагается ряд сравни-
главных разрезах:
ранняя (светлая) и поздняя (темная) древесина годичных слоев на поперечном П, радиальном Р и тангенциальном Тразрезах
тельно узких годичных слоев, за-
тем следует зона более широких слоев, а дальше по направлению к коре ширина слоев постепенно уменьшается. Площадь годичного слоя сначала довольно быстро увеличивается в направлении от сердцевины к коре, достигает максимума, после чего постепенно уменьшается.
На интенсивность годичного прироста влияют особенности метеорологических условий того или иного года, и по ширине годичных слоев можно проследить многолетние изменения климата. Эти вопросы рассматривает научная дисциплина дендроклиматология (от гр. dendron — дерево). Исследуя ширину годичных слоев и используя дендрохронологические шкалы, составленные для разных районов страны, можно определить время изготовления деревянных изделий и сооружений. Дендрохронологический метод (В. Е. Вихров, Б.А. Колчин) нашел ши
рокое применение для датировки археологических находок из древесины.
По высоте ствола ширина годичных слоев нормально возрастает от комля к вершине, что делает ствол полнодревесным, т.е. приближающимся по форме к цилиндру. Однако у деревьев, выросших на свободе, самые широкие годичные слои находятся в нижней части ствола, что придает стволу конусообразную форму (сбежистый ствол).
У некоторых пород на поперечном разрезе наблюдается волнистость годичных слоев, например у граба, тиса, можжевельника; у бука и ольхи граница между годичными слоями в местах пересечения ее широкими сердцевинными лучами (см. далее) загибается внутрь (к сердцевине), что также придает слоям волнистый вид.
15
Годичные слои на противоположных сторонах ствола иногда имеют неодинаковую ширину; если такая неравномерность распространяется на большое число соседних годичных слоев, то ствол приобретает эксцентричное строение, причиной которого часто является неравномерное развитие кроны и корневой системы (деревья опушек) или действие ветра, вызывающее/изгиб ствола. Особенно хорошо заметно эксцентричное строение в боковых ветвях; у лиственных пород сердцевина ветви бывает смещена ближе к нижней стороне, а у хвойных — к верхней.
У многих пород четко видно, что годичный слой состоит из двух частей (см. рис. 1.4): внутренней, обращенной к сердцевине более светлоокрашенной и мягкой части, — ранней древесины (она образуется в первой половине вегетационного периода), и наружной, обращенной к коре более темной и твердой части, — поздней древесины. Различие между ранней и поздней древесиной сильнее выражено в хвойных породах (особенно в лиственнице) и в меньшей мере — во многих лиственных породах, поэтому годичные слои хорошо видны в хвойных породах и часто слабо заметны в лиственных.
В растущем дереве по ранней древесине годичных слоев происходит передвижение воды вверх по стволу, а поздняя древесина выполняет преимущественно механические функции. В зависимости от породы, возраста, условий произрастания, положения в стволе соотношение между ранней и поздней древесиной может сильно изменяться.
В хвойных породах содержание поздней древесины в годичных слоях в направлении от сердцевины к коре сначала увеличивается, достигает максимума, а затем в слоях, расположенных ближе к коре, уменьшается. По высоте ствола содержание поздней древесины убывает по направлению от комля к вершине и может снизиться в 1,5...2 раза.
Свойства ранней и поздней древесины годичного слоя существенно отличаются. У некоторых пород различия особенно ярко выражены. Например, у лиственницы и дуба, по данным В. Е. Вихрова, поздняя древесина плотнее ранней (соответственно в 2,3 и 1,5 раза), больше усыхает (в 1,8 и 1,4 раза), прочнее при растяжении (в 3,4 и 2,3 раза).
У ели, по данным И. С. Мелехова, прочность на растяжение вдоль волокон поздней древесины в 2,7 раз больше, чем ранней. Жесткость поздней древесины также значительно выше, чем ранней.
Поскольку поздняя древесина плотнее, прочнее и темнее ранней, от количества именно поздней древесины зависят плотность, прочность, а также, в значительной мере, и цвет древесины в целом.
Сердцевинные лучи. На поперечном разрезе некоторых пород (например, дуба) хорошо видны светлые блестящие линии, рас-
16
б
Рис. 1.5. Сердцевинные лучи у бука на разрезах: а — поперечном; б — радиальном; в — тангенциальном
в
ходящиеся от сердцевины к коре по радиусам и называемые сердцевинными лучами*. Сердцевинные лучи есть в древесине всех пород, но лишь у немногих пород они настолько широки, что ясно видны на поперечном разрезе невооруженным глазом.
Ширина сердцевинных лучей, измеряемая на поперечном разрезе ствола, колеблется в зависимости от породы от 0,005 до 1 мм. По ширине различают три типа лучей: 1) очень узкие, не видимые невооруженным глазом; 2) узкие, трудно различимые невооруженным глазом; 3) широкие, ясно видимые невооруженным глазом. Последние могут быть настоящими или ложноширокими (агрегатными), т.е. состоящими из пучка близко расположенных друг к другу узких лучей.
Настоящие широкие лучи имеют дуб, бук (рис. 1.5) и платан; ложноширокие (агрегатные) лучи — граб, ольха и лещина. Узкие, но все же различимые невооруженным глазом лучи у древесины кленов, ильмовых пород (вяза, ильма, карагача), липы, кизила и некоторых других. Очень узкие лучи, которые можно лишь иногда заметить на строго радиальном разрезе (лучше расколе), свойственны древесине всех хвойных и многих лиственных пород (ясеня, березы, осины, тополя, ивы, груши, рябины и др.). У некоторых пород лучи расширяются при пересечении границ годичных слоев (бук).
На радиальном разрезе древесины сердцевинные лучи заметны в виде поперечных блестящих полос или пятен, окрашенных темнее или светлее окружающей древесины (см. рис. 1.5, б). Ширина полосок зависит от высоты лучей, а длина — от степени совпадения
* В современной 6отяничг-ут|й "wwom bne тг-и р(;разрвания называют древесинными лучами в отличие от лубяЙ4Й^¥ГРЯ	лУбе КОРЫ-
i 17
плоскости разреза с направлением луча. У некоторых пород эти полоски образуют на радиальном разрезе красивый рисунок (платан, клен, ильм и др.).
На тангенциальном разрезе сердцевинные лучи имеют веретено- или чечевицеобразную форму (см. рис. 1.5 в); высота их в зависимости от породы колеблется в широких пределах (от 50 мм у дуба до долей миллиметра у хвойных пород). I
В растущем дереве сердцевинные лучи служат в основном для проведения воды и питательных веществ в горизонтальном направлении и для хранения запасных питательных веществ зимой. Они выполняют определенную механическую функцию.
Число сердцевинных лучей в древесине очень велико. Так, у сосны и березы на 1 см2 поверхности тангенциального разреза насчитывается свыше 3000 лучей, а у можжевельника, у которого сердцевинные лучи чрезвычайно узкие, — до 15 000. Больше всего сердцевинных лучей находится в нижней части ствола. Выше по стволу (по направлению к кроне) число лучей уменьшается, а в области кроны несколько возрастает. Число и размеры сердцевинных лучей (ширина и высота) увеличиваются в направлении от сердцевины к коре. Объем сердцевинных лучей зависит от породы, а у одной и той же породы — от условий произрастания. Объем лучей резко различен у листопадных (лиственных) и вечнозеленых (хвойных) пород. В древесине хвойных пород на долю сердцевинных лучей в среднем приходится 5... 8 % общего объема древесины, лиственных — около 15 %, т.е. в 2,5 ...3 раза больше. Даже лиственница, сбрасывающая на зиму хвою, содержит почти вдвое больше лучей (по объему), чем вечнозеленые хвойные (сосна, ель), выросшие в одинаковых с ней условиях.
Сердцевинные повторения. Так называются заметные на продольных разрезах древесины некоторых лиственных пород буроватые или коричневатые черточки, полоски или пятнышки, расположенные главным образом у границ годичных слоев. По своему цвету и строению они напоминают сердцевину. Ранее считали, что сердцевинные повторения (прожилки) возникают в результате повреждения камбия насекомыми. Н. Е. Косиченко, В. В. Коровин полагают, что эти микроструктурные аномалии могут быть вызваны и другими причинами. Они встречаются преимущественно в нижней части ствола лиственных пород (березы, ольхи, рябины, груши, клена, ивы и др.) и изредка у хвойных (пихты). Присутствие этих образований в древесине некоторых пород настолько постоянно (у березы), что они могут служить диагностическим признаком при распознании породы по древесине.
Сосуды. На поперечном разрезе древесины некоторых лиственных пород (дуба, грецкого ореха и др.) можно заметить небольшие отверстия, представляющие собой поперечные разрезы сосудов. Сосуды имеют форму трубок разной величины и являются
18
характерным элементом строения древесины лиственных пород (у хвойных пород сосудов нет). В растущем дереве по сосудам из
корней в крону поднимается вода.
Сосуды делят на крупные, ясно видимые невооруженным глазом, и мелкие, неразличимые невооруженным глазом. У ряда пород мелкие сосуды собраны в группы, которые можно обнаружить без микроскопа. Крупные сосуды чаще сосредоточены только в ранней зоне годичного слоя и образуют на поперечном разрезе пори
стое кольцо (например у дуба); реже крупные сосуды распределены по годичному слою равномерно (например, у грецкого ореха). Собранные в группы мелкие сосуды при наличии крупных сосудов в ранней зоне располагаются в поздней зоне, где они заметны благодаря более светлой окраске. Если крупных сосудов нет, то
мелкие сосуды у большинства пород рассеяны по всему слою;
однако их число и величина несколько уменьшаются по направлению к внешней границе слоя.
Описанное распределение сосудов позволяет разделить лиственные породы на кольцесосудистые с кольцом крупных сосудов в ранней зоне каждого годичного слоя (рис. 1.6, а, б, в) и рассеянно-сосудистые, у которых сосуды, независимо от их величины, распределены по годичному слою более или менее равномерно (рис. 1.6, г).
в
г
Рис. 1.6. Схемы расположения сосудов в древесине лиственных пород: а, б, в — кольцесосудистые породы соответственно с радиальным, тангенциальным и рассеянным расположением групп мелких сосудов; г — рассеянно-сосудистая порода; 1 — мелкие сосуды в поздней зоне; 2— крупные сосуды в ранней зоне; 3 — широкие сердцевинные лучи
19
Резкая разница между ранней и поздней зоной делает годичные слои в кольцесосудистых породах хорошо заметными. В то же время у рассеянно-сосудистых пород нет различия между названными зонами, поэтому годичные слои имеют однородное строение и границы между ними плохо заметны. /
Кольцесосудистыми лиственными породами являются дуб, ясень, каштан съедобный, вяз, ильм, карагач, бархатное дерево, фисташка и некоторые другие. К рассеянно-сосудистым относится большинство лиственных пород; среди них с крупными сосудами — грецкий орех и хурма, а с мелкими сосудами — береза, осина, ольха, липа, бук, клен, платан, тополь, ива, рябина, груша, лещина и др.
Скопления мелких сосудов в поздней зоне образуют различный рисунок. Радиальная группировка мелких сосудов в виде светлых язычков пламени (см. рис. 1.6, а) характерна для дуба, каштана; тангенциальная группировка — волнистые, иногда прерывистые линии (см. рис. 1.6, б) — для ильма, вяза, береста. Рассеянная группировка в виде отдельных светлых точек (см. рис. 1.6, в) наблюдается у ясеня.
На продольных разрезах сосуды, особенно крупные, бывают заметны в виде бороздок. Сосуды редко проходят в стволе строго вертикально, на продольных разрезах бороздки сравнительно короткие, так как в разрез попадает только часть сосуда. Диаметр крупных сосудов 0,2...0,4 мм, мелких — 0,016...0,1 мм. Длина сосудов обычно не превышает 10 см, но у дуба достигает 3,6 м, а у ясеня доходит даже до 18 м. Объем сосудов у разных пород колеблется в широких пределах, а для каждой породы зависит от условий произрастания. По радиусу ствола размер сосудов сначала увеличивается по направлению от сердцевины К коре, достигает максимума, после чего остается постоянным или несколько уменьшается. По высоте ствола число сосудов и площадь их сечения возрастают по направлению от комля к вершине.
Сосуды, являясь слабыми элементами, понижают прочность срубленной древесины. Наличием сосудов объясняется повышенная проницаемость жидкостями и газами древесины лиственных пород в направлении вдоль волокон.
Смоляные ходы. Для древесины ряда хвойных пород характерно присутствие смоляных ходов — тонких, наполненных смолой каналов. Они имеются в древесине сосны, кедра, лиственницы и ели; в древесине пихты, тиса и можжевельника смоляных ходов нет. По расположению в стволе различают вертикальные и горизонтальные смоляные ходы; последние проходят по сердцевинным лучам и образуют с вертикальными ходами общую смолоносную систему. Благодаря этой системе обеспечивается добыча смолы подсочкой (см. п. 2.2). Невооруженным глазом можно рассмотреть только вертикальные смоляные ходы, которые на попе
20
речном разрезе заметны преимущественно в поздней зоне годичных слоев в виде беловатых точек.
Наиболее крупные смоляные ходы у кедра — их диаметр в среднем 0,14 мм; диаметр смоляных ходов у сосны 0,1 мм, у ели 0,09 мм, у лиственницы р,08 мм; длина ходов в пределах 10...80 см.
Наибольшее 1число смоляных ходов у сосны, довольно много их у кедра, меньше у лиственницы, еще меньше у ели. У двух последних пород смоляные ходы занимают не более 0,2 % общего объема древесины. Однако даже у пород с крупными и многочисленными смоляными ходами их доля в общем объеме древесины менее 1 %. Поэтому сами по себе ходы не могут оказать влияние на свойства древесины, но заполняющая их смола повышает стойкость древесины к гниению.
Определение породы по макростроению древесины. Каждая порода отличается строением древесины, что определяет своеобразие ее свойств. Оценка физико-механических и технологических свойств древесины с достаточной для практики точностью может быть сделана по справочным данным, если известна порода.
Для установления рода, а иногда и вида древесного растения (идентификации пород) используют признаки, характеризующие макростроение древесины. В число таких признаков входят: наличие ядра; ширина заболони и степень резкости перехода от ядра к заболони; степень видимости годичных слоев и их очертания на поперечном разрезе; четкость границы между ранней и поздней древесиной годичных слоев; наличие, размеры, окраска и число сердцевинных лучей; размеры, характер группировки и состояние (пустые или заполненные) сосудов в древесине лиственных пород; наличие, размеры и число вертикальных смоляных ходов в древесине хвойных пород; сердцевинные повторения в древесине некоторых лиственных пород.
Кроме этих основных признаков при определении пород учитывают некоторые дополнительные признаки. Необходимость их использования возникает в тех случаях, когда основные признаки выражены нечетко. К дополнительным признакам относятся блеск, текстура, плотность и твердость.
Древесина некоторых пород обладает характерным цветом, что позволяет легче определить породу. Однако не всегда цвет древесины может служить достаточным основанием для идентификации породы. Дело в том, что нормальная окраска древесины может изменяться под действием внешних физико-химических факторов, а также из-за поражений грибами. Некоторое диагностическое значение имеет блеск древесины.
При перерезании анатомических элементов на поверхности продольных разрезов древесины образуется тот или иной рисунок. Особенно характерный рисунок — текстуру — образуют сердцевинные лучи. Например, по текстуре поверхности тангенциального
21
разреза бука (см. рис. 1.5, в) эта порода определяется безошибочно. Иногда в качестве дополнительного признака привлекаются связанные между собой свойства: плотность и твердость древесины.
Примерная оценка плотности (веса) и твердости образцов может быть особенно полезна для определения рассеянно-сосудистых лиственных пород, основные признаки которых часто не достаточно ярко выражены.	I
Таблицы, содержащие сводки макроскопических признаков древесины различных пород, и определители пород по внешнему виду древесины публиковались в разные годы. Например, в справочнике по древесине [1] имеется определитель 30 пород. В приложении к настоящему учебнику приведен определитель 18 пород.
1.3. Микроскопическое строение древесины, сердцевины и коры
Растительные клетки и ткани. Применяя обычные световые (фотонные) микроскопы и гораздо более мощные электронные микроскопы — просвечивающие (ПЭМ) и растровые (РЭМ), можно обнаружить мелкие детали строения древесины и коры. Растровые электронные микроскопы дают трехмерное изображение. С помощью светового микроскопа было обнаружено, что все растения состоят из клеток, разнообразных по форме, а каждая клетка — из оболочки и живого содержимого — протопласта.
Все виды растительных клеток по форме можно разделить на две основные группы: паренхимные и прозенхимные. Паренхимные (от лат. par — равный и гр. enchyma — налитое) клетки имеют округлую или многогранную форму с примерно одинаковыми размерами по трем направлениям (0,01 ...0,1 мм), оболочки клеток обычно тонкие. Прозенхимные (от гр. pros — по направлению к...) клетки имеют сильно вытянутую, напоминающую волокно форму (диаметр таких клеток 0,01 ...0,05 мм, длина 0,5...3, иногда до 8 мм) и часто утолщенные оболочки. Древесина растущего дерева в основном состоит из мертвых клеток, и лишь часть клеток (паренхимные) сохраняет живой протопласт.
Совокупность клеток одинакового строения, выполняющих одни и те же функции, образует ткани. В растущем дереве представлены следующие типы тканей: 1) покровные, расположенные на самой поверхности растения; 2) механические, придающие прочность телу растения; 3) проводящие, служащие для проведения воды с растворенными в ней питательными веществами; 4) запасающие, являющиеся хранилищами запасных питательных веществ (сахаров, крахмала и др.); 5) образовательные, функцией которых является образование новых клеток путем много-
22
I
кратного деления; 6) ассимиляционные, усваивающие углекислоту в процессе фотосинтеза.
Ассимиляционная ткань достигает наибольшего развития в листьях. Древесина включает проводящую, механическую и запасающую ткани*, в коре к ним присоединяется покровная ткань; между древесиной и корой находится тонкая прослойка образовательной ткани — камбия.
Клетки камбия в период его активности вытягиваются в направлении радиуса ствола и делятся тангенциальными перегородками. При этом одна из вновь образовавшихся клеток остается камбиальной, а другая после еще одного-двух делений становится клеткой древесины или луба коры. В сторону древесины клетки откладываются в 4...6 раз чаще, чем в сторону коры, поэтому древесины в стволе больше, чем луба.
В сформировавшейся древесине имеются пустые или заполненные различными веществами пространства между округленными углами клеток — межклетники.
Срубленная древесина состоит из клеток с отмершим протопластом, т. е. из одних клеточных оболочек, поэтому, изучая свойства древесины как материала, особое внимание обращают на строение клеточной оболочки. В технической анатомии древесины оболочку вполне сформировавшейся взрослой клетки принято называть клеточной стенкой.
Основное вещество, слагающее клеточную стенку, — целлюлоза (от лат. cellula — клеточка). Это углеводный полимер с длинной цепной молекулой. Мельчайшее, но уже различимое с помощью электронного микроскопа структурное образование — элементарная фибрилла (отлат.fibra — волокно) — представляет собой пучок макромолекул целлюлозы. В среднем условный диаметр элементарной фибриллы равен 3,5 нм [1 нанометр (нм) = = 10-3 микрометра (мкм) = 10“9 м], хотя по некоторым данным он может доходить до 10 нм. В состав элементарной фибриллы входят примерно 30...40 молекул целлюлозы. Элементарные фибриллы включают участки с упорядоченным (кристаллические области) и беспорядочным (аморфные области) расположением молекул целлюлозы.
Структурные элементы, различное расположение которых создает слоистое строение клеточной стенки, называются микрофибриллами. Эти лентоподобные образования имеют толщину 5... 10 нм, ширину 10...30 нм, длину несколько микрометров и включают в себя элементарные фибриллы.
* В современной ботанической литературе древесину считают комплексной проводящей тканью, состоящей из собственно проводящих, а также механических и запасающих элементов. У некоторых пород отдельные элементы могут выполнять одновременно несколько функций.
23
i
Иногда выделяют более крупные структурные образования, которые видны в обычный световой микроскоп. Это так называемые макрофибриллы, или просто фибриллы, имеющие поперечные размеры около 400 нм и более.
Слоистое строение клеточной стенки можно наблюдать с помощью обычного светового микроскопа, но более детальное представление о строении клеточной стенки дает электронный микроскоп. С помощью РЭМ можно заглянуть в полость клетки и одновременно на поперечном и продольных разрезах убедиться в сложности строения клеточных стенок. Пространства между целлюлозными микрофибриллами заполнены неуглеводным полимером лигнином (от лат. lignum — дерево), а также гемицеллюлозами — веществами, близкими к целлюлозе, но с меньшей длиной молекул./
1 Если химическим способом удалить из древесины лигнин и гемицеллюлозы, то можно выявить микрофибриллярную структуру клеточной стенки, т. е. целлюлозный каркас^/
Схема строения клеточной стенки показана на рис. 1.7. На каждой «ступеньке» этой пространственной модели часть клеточной стенки, предшествующая данному слою, удалена. Тонкими линиями показано расположение микрофибрилл.
В нижней части модели изображена срединная пластинка М (межклеточное вещество). Толщина ее колеблется в пределах 0,5... 1,5 мкм. Срединная пластинка на 60...90% состоит из лигнина. Кроме того, здесь содержатся гемицеллюлозы и пектины (аморфные углеводы), а также небольшое количество минеральных веществ.
'Первичная оболочка Р тоже имеет малую толщину. В природном состоянии из-за большого содержания воды толщина ее
0,1 ...0,5 мкм; в сухом состоянии — примерно в 3 раза меньше. В первичной оболочке обнаруживаются переплетенные микрофибрилль-Lj
Точных данных о содержании лигнина в изолированной первичной оболочке нет, в сложной срединной пластинке, включающей межклеточное вещество, его содержится примерно 70%, целлюлозы — около 10%, остальное — гемицеллюлозы и пектин.
[Вторичная оболочка по крайней мере в 10 раз толще первичной. Микрофибриллы в ней располагаются спирально под разными углами к продольной оси клетки. В тон-
Рис. 1.7. Схема строения клеточной стенки трахеиды
24
а	б
Рис. 1.8. Поры в стенках клеток: а — простая; б — окаймленная; 1 — отверстие поры; 2 — мембраны; 3 — торус
ком внешнем слое (его толщина примерно такая же, как у оболочки Р) микрофибриллы размещаются под большим углом к оси клетки. В наиболее мощном среднем сдое S2 микрофибриллы расположены в виде спиралей с очень небольшим углом наклона (5... 15°)./
[Во внутреннем слое S3, толщина которого составляет 0,1... 0,2 мкм, фибриллы расположены по пологим спиралям с углом наклона 50... 90°. У ряда пород слой со стороны полости клетки покрыт тонкой выстилающей обо
лочкой, которая состоит из мембраны и бугорчатых образований. Эта оболочка называется бородавчатым слоем W.
Оболочка S, которая состоит в основном из целлюлозы и некоторого количества гемицеллюлоз, содержит меньше лигнина, чем оболочка Р. Между микрофибриллами находится и вода. В абсолютно сухих клеточных стенках капилляры практически отсутствуют. Микрофибриллы преимущественно ориентированы вдоль, а не поперек длинной оси клетки.
| Вторичная оболочка имеет углубления — простые и окаймлен-ньге п о р ы !(рис. 1.8). Обычно рассматривают пару пор в соседних клетках. I Между полостями пор находится проницаемая мембрана, образованная межклеточным веществом и первичными оболочками. Если вторичная оболочка нависает над полостью поры в виде свода, то пора называется окаймленной, при отсутствии свода пора называется простой. Иногда встречаются полу-окаймленные поры со сводом в оболочке одной из двух соседних клеток.
В центре мембраны в окаймленных порах у древесины хвойных пород имеется непроницаемое утолщение самой разнообразной формы — торус. Встречаются поры с щелевидным входным отверстием^
Строение древесины хвойных пород. У этой группы пород древесина состоит из ограниченного набора анатомических элементов, организованных в довольно упорядоченную структуру. Как видно по объемной схеме (рис. 1.9), древесина типичной хвойной породы — сосны — состоит из двух взаимопроникающих систем клеток, расположенных вдоль и поперек оси ствола.
Проводящую и механическую функции выполняют прозенхим-ные клетки с отмершим протопластом — трахеиды, которые в растущем дереве расположены главным образом вертикально. Они занимают свыше 90 % объема древесины. Запасающую функцию выполняют живые паренхимные клетки.
25
Рис. 1.9. Схема микроскопического строения древесины сосны (по В-Е. Вихрову):
1 — годичный слой; 2 — многорядный луч с горизонтальным смоляным ходом;
3 — окаймленная пора; 4 — сердцевинные лучи; 5 — ранние трахеиды; 6 — лучевая трахеида; 7 — вертикальный смоляной ход; 8 — поздняя трахеида
Трахеиды. У всех хвойных пород трахеиды (от гр. tracheia — дыхательное горло и eidos — вид) имеют форму сильно вытянутых волокон с одревесневшими стенками и кососрезанными концами. На поперечном разрезе У большинства пород они по форме близки к прямоугольникам (иногда квадратам), а у лиственницы к пяти- или шестиугольникам- Трахеиды собраны в радиальные ряды. В каждом ряду крупнополостные трахеиды с относительно
26
тонкими стенками сменяются трахеидами, отличающимися малыми полостями и толстыми стенками. Первые из указанных клеток образуются в начале вегетационного периода и называются Ранними трахеидами. Они выполняют в основном проводящую функцию. Вторые — поздние трахеиды — играют роль преимущественно механических элементов. У лиственницы радиальный размер ранних трахеид в среднем 52 мкм, поздних 22 мкм; У сосны соответственно 40 и 20 мкм. Тангенциальный размер трахеид у этих пород равен примерно 30 мкм. Длина трахеид у лиственницы в среднем 2,6 мм, у сосны 2,8 мм, а у ели от 2,6 до 5 мм.
В ранних трахеидах (рис. 1.10, а} на радиальных стенках, особенно У концов, находится множество (70...90) крупных окаймленных Пор с округлыми отверстиями. В поздних трахеидах (рис. 1.10, б) Поры располагаются не только на радиальных, но иногда и на тангенциальных стенках. Диаметр окаймленных пор у разных пород Колеблется от 8 до 31 мкм, а диаметр отверстия от 4 до 8 мкм [14].
В окаймленных порах мембрана иногда отклонена от центрального положения и торус закрывает отверстие поры. Количество Таких закрытых пор, через которые проникновение жидкостей затруднено, в ранних трахеидах ядра (спелой древесины) растущих Деревьев значительно больше, чем в поздних трахеидах. В. А. Баженов, В. Е. Москалева, Е.В.Харук установили, что в сухой древесине существенных различий в положении торуса в трахеидах ядра и заболони не наблюдается.
Паренхимные клетки. Эти клетки в древесине хвойных Пород главным образом входят в состав сердцевинных лучей (лучевая древесинная паренхима), а также сопровождают смоляные Ходы и находятся в виде осевой древесинной паренхимы. В отличие от трахеид паренхимные клетки в дереве — живые.
Сердцевинные лучи у хвойных пород, как указывалось выше, в среднем занимают 5... 8 % общего объема древесины; у лиственницы, сбрасывающей зимой хвою, — 10 %. На поперечном разрезе Сердцевинные лучи состоят из одного ряда паренхимных клеток, т. е. относятся к категории очень узких лучей, не видимых невооруженным глазом.
На радиальном разрезе сердцевинные лучи по высоте состоят из Нескольких рядов паренхимных клеток с простыми порами. У лиственницы, сосны, кедра и ели серцевинные лучи неоднородные: по Их верхнему и нижнему краям располагаются горизонтальные (лучевые) трахеиды с мелкими окаймленными порами (рис. 1.10, г). Горизонтальные и вертикальные трахеиды в растущем дереве являются мертвыми элементами. У пихты, можжевельника и тиса Лучи однородные, они состоят только из паренхимных клеток.
Паренхимные клетки сердцевинных лучей сосны имеют по одной, а кедра — по две крупные простые (оконцевые) поры. Соответствующее количество таких пор по ширине трахеид обна-
27
Рис. 1.10. Анатомические элементы древесины хвойных пород (сосны): а — ранняя трахеида (радиальный разрез); б — поздняя трахеида (радиальный разрез); в — смоляной ход (поперечный разрез); г — сердцевинный луч (радиальный разрез); д — сердцевинный луч (тангенциальный разрез); 1 — крупные окаймленные поры; 2 — мелкая окаймленная пора; 3 — простая (оконцевая) пора в месте контакта с сердцевинными лучами; 4 — клетка сопровождающей паренхимы; 5 — мертвая пустая клетка; 6 — выстилающая клетка (эпителий); 7 — сердцевинный луч; 8 — лучевые трахеиды; 9 — паренхимные клетки; 10 — горизонтальный смоляной ход
руживается на участке их перекрещивания с сердцевинными лучами (см. рис. 1.10, а). У сосны, кедра, лиственницы и ели часто встречаются сердцевинные лучи, которые на тангенциальном разрезе в средней части имеют несколько паренхимных клеток по ширине. В таких сердцевинных лучах проходят горизонтальные смоляные ходы (рис. 1.10, д').
Сердцевинные лучи в растущем дереве не только хранят запасные питательные вещества в период покоя, но и проводят растворы.
Смоляные ходы образуют единую смолоносную систему, состоящую из пересекающихся вертикальных и горизонтальных ходов. У вертикальных смоляных ходов внутренний слой представляет собой клетки эпителия, выделяющие смолу. За этими клет
28
ками, выстилающими полость хода, следует слой пустых мертвых клеток, а снаружи находится слой живых клеток сопровождающей паренхимы (рис. 1.10, в). Горизонтальные смоляные ходы проходят в сердцевинных лучах и поэтому состоят только из клеток эпителия и слоя мертвых клеток. Клетки эпителия имеют тонкие оболочки и выглядят, как пузыри, вдающиеся в канал хода. Если ход заполнен смолой, выстилающие клетки вследствие большого давления становятся плоскими и прижимаются к стенкам канала.
Размер полости вертикального хода в тангенциальном направлении соответствует примерно четырем трахеидам. В горизонтальных смоляных ходах, диаметр которых в 2,5...3 раза меньше, чем вертикальных, находятся более мелкие клетки эпителия.
Осевая древесинная паренхима встречается в очень небольшом количестве у всех хвойных пород (кроме сосны и тиса) в виде одиночных клеток или вытянутых вдоль оси ствола тяжей паренхимных клеток. На продольных разрезах клетки древесинной паренхимы имеют прямоугольную форму, длина их в 3...4 раза больше ширины.
Строение древесины лиственных пород. Древесина лиственных пород в отличие от хвойных состоит из большего набора основных анатомических элементов и их переходных форм, расположенных менее упорядоченно. На рис. 1.11 показана объемная схема древесины типичной кольцесосудистой породы (дуба), а на рис. 1.12 — рассеянно-сосудистой (березы). Проводящую функцию у лиственных пород выполняют сосуды и трахеиды (сосудистые, а также волокнистые); механическую — волокна либриформа и (или) волокнистые трахеиды, запасающую — паренхимные клетки.
Сосуды. Эти анатомические элементы занимают довольно большую часть объема ствола; у разных пород она колеблется от 10 до 55%. Сосуды (рис. 1.13, а) представляют собой длинные вертикальные трубки, состоящие из члеников — отдельных коротких клеток с широкими полостями и тонкими стенками.
У кольцесосудистых пород, по данным Л. М. Перелыгина, в ранней зоне находятся сосуды диаметром 200...400 мкм с члениками длиной 230...390 мкм; в поздней зоне размеры сосудов и члеников соответственно 16...40 и 270...580 мкм.
Нижние и верхние или кососрезанные боковые стенки этих клеток частично или полностью разрушаются. При этом образуются простые (одно или два круглых отверстия) или лестничные (ряд щелевидных отверстий) перфорации (рис. 1.13, б).
В крупных сосудах, состоящих из коротких цилиндрических или бочкообразных члеников, перфорации простые, они расположены на поперечных стенках. У мелких сосудов с длинными члениками перфорации размещаются на боковых стенках и бывают лестничными. Для большинства пород характерно наличие простых перфораций, у некоторых пород (березы, ольхи, самшита) — толь-
29
Поперечный
Рис. 1.11. Схема микроскопического строения древесины дуба (по В. Е. Вихрову):
1 — крупный сосуд; 2 — годичный слой; 3 — узкие сердцевинные лучи; 4 — либриформ; 5 — мелкий сосуд; 6 — широкий сердцевинный луч
ко лестничных перфораций. Сосуды бука и платана имеют перфорации обоих типов.
Стенки сосудов у некоторых пород (липы, клена и др.) имеют спиральные утолщения (рис. 1.13, в).
Окаймленные поры, которые также имеются на стенках сосудов, располагаются в определенном порядке. Чаще всего они образуют диагональные ряды — очередная поровость (см. рис. 1.13, о), реже — короткие горизонтальные ряды. Окаймленные поры у сосудов отличаются от пор у трахеид хвойных пород меньшими раз
30
мерами и отсутствием торуса. Между собой сосуды сообщаются через окаймленные поры, а с примыкающими паренхимными клетками — через полуокаймленные поры.
Благодаря концевым и промежуточным контактам сосудов создается единая пространственно разветвленная водопроводящая система. Из этой системы выключаются сосуды, в которые через окаймленные поры вдаются выросты горизонтально расположенных паренхимных клеток — тиллы (от гр. thyllis — вздутие). Эти мешковидные образования (рис. 1.13, г) с одревесневшими оболочками обычно закупоривают сосуды в процессе формирования ядра акации, грецкого ореха, дуба, ясеня и др. Иногда тиллы появляются и в заболони.
Рис. 1.12. Схема микроскопического строения древесины березы (по В.Е.Вихрову):
1 — волокнистые трахеиды; 2 — годичный слой; 3 — сердцевинные лучи; 4 — сосуды
31
Рис. 1.13. Основные анатомические элементы древесины лиственных пород:
а — сосуд из члеников с простой перфорацией и очередной поровостью; б — лестничная перфорация; в — спиральное утолшение; г — тиллы в сосуде; д — волокно либриформа; е — неоднородный сердцевинный луч (ива); ж — часть тяжа древесинной паренхимы; 1 — стенка сосуда; 2 — тиллы; 3, 4 — соответственно стоячие и лежачие паренхимные клетки
Сосудистые трахеиды. Эти элементы являются переходной формой между типичными трахеидами и сосудами. По своей форме, размерам, расположению пор и наличию у некоторых пород спиральных утолщений они напоминают членики мелких сосудов. Сосудистых трахеид в стволе сравнительно мало.
Волокна либриформа. Основная механическая ткань — либриформ — у многих лиственных пород занимает наибольшую часть объема древесины ствола. Содержание либриформа у разных пород колеблется от 35 до 75 %. Волокна либриформа (от лат. libri — лыко и forma — вид) представляют собой типичные прозенхим-ные вытянутые клетки с заостренными концами, узкими полостями и мощными стенками, снабженными простыми щелевидными порами (рис. 1.13, д). Поры расположены под углом к длинной оси, число их невелико. Окончания волокон могут быть гладкими, зазубренными или разветвленными.
Волокна либриформа (древесинные волокна) имеют значительно меньшие размеры, чем механические элементы хвойных пород — поздние трахеиды. Диаметр их 12... 19 мкм, длина 1... 1,3 мм. Толщина стенок волокон либриформа у твердых пород (граба, бука и др.) значительно больше, чем у мягких (липы, ивы и др.).
32
Волокнистые трахеиды. Эти элементы, как и волокна либриформа, имеют толстые стенки и малые полости, однако поры у волокнистых трахеид окаймленные.
Иногда у лиственных пород встречаются так называемые желатинизированные волокна. В этих волокнах желатинизированный слой с очень малым содержанием лигнина добавляется к внутреннему слою 5з клеточной стенки или может полностью заменять его, а иногда и два слоя S2 и 53 (см. рис. 1.7).
Паренхимные клетк и. [У .отечественных лиственных пород, которые сбрасывают на зиму листву, объем хранилищ запасных веществ (паренхимных клеток) больше, чем у хвойных. Паренхимные клетки занимают от 8 до 40 % объема древесины ствола. Они образуют единую систему из горизонтально ориентированных клеток (сердцевинные лучи) и вертикально ориентированных клеток (осевая древесинная паренхима).
По ширине сердцевинные лучи лиственных пород имеют от одного (ясень) до нескольких десятков рядов клеток (широкие лучи дуба), а по высоте — от нескольких рядов (самшит) до нескольких десятков или даже сотен рядов клеток (дуб). На тангенциальном разрезе однорядные (по ширине) сердцевинные лучи имеют вид вертикальной цепочки клеток, а многорядные — форму веретена. У отдельных пород клетки верхнего и нижнего ряда (краевые) вытянуты не вдоль, а поперек луча и называются стоячими (рис. 1.13, е); такие лучи носят название разнородных (в отличие от однородных, у которых все клетки по форме одинаковы).
|У некоторых лиственных пород (граб, ольха, лещина), как уже отмечалось, имеются ложноширокие сердцевинные лучи, состоящие из близко расположенных друг к другу узких лучей._/
В сердцевинных лучах тропических и некоторых пород средней полосы (фисташка) располагаются камедные ходы, содержащие водорастворимые полисахариды и другие вещества.
[Древесинная паренхима хотя и занимает значительно меньший объем, чем сердцевинные лучи, но у некоторых пород на ее долю приходится несколько процентов от общего объема древесины. Чаще встречаются так называемые тяжи древесинной паренхимы (рис. 1.13, ж), представляющие собой вертикальные ряды клеток с простыми порами/Полости клеток тяжа заполнены содержимым. [Веретеновидная паренхима встречается реже (у березы, липы, карагача и др.). Веретеновидные паренхимные клетки обычно лишены содержимого, поэтому их труднее обнаружить среди тонкостенных волокон либриформа и крупнополостных тра-xengj
На поперечном разрезе расположение древесной паренхимы различно. У ряда пород оно не связано с расположением сосудов (например, у березы, бука, дуба) у других (например, ясеня, хурмы) паренхима группируется вблизи сосудов.
2 Уголев
33
По микроскопическому строению древесины, используя имеющиеся определители, можно более точно, чем по внешнему виду, установить породу.
Микростроение сердцевины и коры. Строение всех частей ствола можно представить, рассматривая поперечный разрез стебля побега. Расположенная в центре сердцевина возникает из разросшейся верхушечной образовательной ткани и состоит из паренхимных клеток округлой или многогранной формы с крупными полостями и тонкими стенками, имеющими большие простые поры. Вокруг сердцевины располагается образовавшаяся в первый год жизни побега первичная древесина, которая состоит из мелких, плотно соединенных толстостенных клеток. В молодом возрасте клетки сердцевины хвойных пород содержат крахмал и смолу; в стволах старых деревьев сердцевина состоит из мертвых клеток, заполненных воздухом. У лиственных пород среди паренхимных клеток одиночно или группами размещены мелкие клетки, заполненные бурым содержимым. Сердцевину вместе с окружающей ее первичной древесиной иногда называют сердцевинной трубкой.
Вторичная древесина, микростроение которой было рассмотрено выше, представляет собой продукт деятельности камбия, который откладывает не только клетки древесины (ксилемы), но и клетки луба (флоэмы). Луб — это внутренняя часть коры. Снаружи луб охватывает первичная кора, состоящая из крупных паренхимных клеток, среди которых расположены вертикальные смоляные ходы.
Обычно стебель побега одет перидермой (от гр. peri — около и derma — кожа). Эта покровная ткань, сменившая тонкую кожицу, включает в себя пробковый камбий, отделяющий по направлению к поверхности стебля пробковые клетки, а вовнутрь (иногда) — паренхимные клетки.
Как уже отмечалось, во взрослом дереве кора имеет две четко выделяющиеся зоны: луб и корку.
Луб, как и вторичная древесина, включает в себя анатомические элементы, выполняющие проводящую, механическую и запасающую функции. Проводящую функцию в лубе выполняют ситовидные анатомические элементы. Ситовидные клетки характерны для хвойных пород. Они представляют собой узкие длинные клетки со скошенными концами, напоминающие трахеиды. На концах и боковых стенках расположены в виде эллипсов похожие на сита участки с многочисленными мелкими отверстиями. Ситовидные клетки смыкаются друг с другом по концам «внахлестку», образуя продольные ряды.
Ситовидные трубки, которые представляют проводящую ткань луба лиственных пород, напоминают сосуды. Членики ситовидных трубок отделены поперечными (иногда несколько наклонны
34
ми) перегородками с множеством мелких отверстий, равномерно распределенных или собранных в группы. К ситовидным трубкам сбоку примыкают паренхимные клетки-спутницы; иногда на каждый членик приходится несколько таких клеток меньшей длины.
Оба типа ситовидных анатомических элементов луба (ситовидные клетки и ситовидные трубки) в отличие от трахеид и сосудов древесины имеют нелигнифицированные целлюлозные оболочки и живой протопласт. Ситовидные элементы функционируют у большинства пород в течение одного сезона, а затем отмирают, причем у лиственных пород одновременно с ситовидными трубками отмирают и их клетки-спутницы.
Ширина ситовидных клеток сосны (по данным И.С.Гелеса) 29...50 мкм, длина 2,5...5,9 мм. Диаметр ситовидных трубок 20 — 30 мкм, длина члеников — несколько десятых миллиметра.
Механическую функцию в лубе выполняют лубяные волокна и каменистые клетки. Лубяные волокна предохраняют от сдавливания расположенные среди них ситовидные элементы. Волокна похожи на волокна либриформа, также имеют толстые одревесневшие стенки с простыми порами и очень малые полости. У хвойных пород лубяных волокон сравнительно мало, а у сосны их вообще нет. Много их у липы, тополя, ивы и других лиственных пород. Лубяные волокна липы, толщина которых 30... 250 мкм, а длина 0,88... 1,26 мм, образуют переплетающиеся между собой тяжи, охватывающие ствол в виде сетки.
Каменистые клетки, имеющие вид многогранников, значительно короче, но обычно шире лубяных волокон, иногда имеют ветвистую форму (у пихты). Свое название они получили за твердость стенок, которые сильно утолщены и пропитаны лигнином. Многочисленные поры в стенках простые.
У некоторых пород механические функции в лубе выполняют одни каменистые клетки (ель, лиственница, пихта, береза, бук, платан), у других пород они помогают в этом лубяным волокнам (дуб, ива, ольха, клен, ясень).
Запасающую функцию в лубе выполняют паренхимные клетки, которые, как и в древесине, образуют две системы: горизонтальную (лубяные лучи) и вертикальную (лубяную паренхиму). Лубяные лучи, пересекающие луб в радиальном направлении, являются продолжением сердцевинных лучей. Иногда, например у сосны, встречаются разнородные лубяные лучи, состоящие из вытянутых по длине (лежачих) и по высоте (стоячих) паренхимных клеток. Лежачие клетки расположены в середине луча, а стоячие — по краям (рис. 1.14). Клетки лубяных лучей имеют неодревесневшие стенки. Некоторые из лучей пронизывают весь луб, другие, начинаясь от камбия, до корки не доходят.
Лубяная паренхима может быть представлена веретеновидными клетками или тяжами. В определенное время года они
35
Рис. 1.14. Радиальный разрез ствола сосны у границы луба (слева) и древесины (справа):
1 — ситовидная клетка; 2 — стоячая паренхимная клетка лубяного луча; 3 — лежачая паренхимная клетка сердцевинного луча; 4 — горизонтальные трахеиды; 5 — паренхимная клетка сердцевинного луча; 6 — окаймленная пора; 7 — трахеида; 8 — камбий
накапливают крахмал; особенно заметными они становятся, когда содержат смолы или дубильные вещества. У некоторых пород (сосна) они располагаются отдельными группами, у других (липа) вместе с ситовидными трубками образуют тангенциальные прослойки (на поперечном разрезе).
Корка содержит прослойки из пробковых клеток и участка отмершего луба. Пробковые клетки имеют форму многогранников, несколько вытянутых вдоль оси стебля и сплюснутых в радиальном направлении. Они располагаются радиальными рядами очень плотно (без межклетников), вскоре после образования отмирают. Это связано с отложением в их стенках особого органического вещества — суберина. Прослойки суберина чередуются с прослойками воска, который главным образом обеспечивает непроницаемость клеточных стенок (они не имеют пор) для воды и газов. Тонкостенные пробковые клетки, заполненные воздухом, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Защитные функции корки в растущем дереве в основном обусловлены присутствием в ней пробковых клеток.
У некоторых пород (береза, бук) корка представлена только пробковыми клетками. Такие породы отличаются гладкой поверхностью коры. Газообмен между окружающей средой и внутренни
36
ми частями ствола осуществляется через чечевички — структурные образования с неплотно расположенными клетками. Чечевички в виде темных узких поперечных полосок длиной до 10... 15 см хорошо видны на белой поверхности стволов березы.
Толстый слой корки предохраняет ствол от обгорания при лесных пожарах. Особенно толстая корка, состоящая в основном из пробковых клеток, у пробкового дуба и бархатного дерева. Корку этих деревьев (пробковое корье) периодически срезают и используют для технических целей.
Строение древесины корней. Ткани ствола постепенно переходят в ткани корня, поэтому резко обозначенной границы между стволом и корнем нет. Строение древесины крупных корней имеет много общего со строением древесины ствола. Основная масса древесины корней хвойных пород состоит также из ранних и поздних трахеид. Здесь представлены сердцевинные лучи, древесная паренхима, имеются смоляные ходы.
Однако корни не имеют сердцевины, в центре расположена первичная древесина с одним или несколькими (у большинства пород) смоляными ходами. В корнях обычно не образуется ядро. Граница между годичными слоями менее заметна, чем в стволе, и переход от ранней древесины к поздней в пределах каждого годичного слоя более плавный. Это объясняется отсутствием резких сезонных колебаний температуры и влажности среды (почвы).
Трахеиды во вторичной древесине корня, по данным В. Е. Вихрова и Л. В. Костаревой, как и в древесине ствола, располагаются правильными радиальными рядами. Однако трахеиды имеют большую длину, крупные полости и тонкие стенки, снабженные окаймленными порами, которые располагаются не только в один, но и в два, а иногда и в три ряда (сосна, ель, пихта, лиственница). Окаймленные поры часто встречаются и на тангенциальных стенках поздних и ранних трахеид (за исключением можжевельника).
Сердцевинные лучи в древесине корней более широкие и расположены гуще, чем в древесине ствола. В корнях ели, лиственницы и сосны встречаются сердцевинные лучи без горизонтальных трахеид. У пихты сердцевинные лучи имеют краевые паренхимные клетки, сильно вытянутые вдоль луча, с дугообразными внешними стенками. Смоляные ходы в древесине корней окружены большим количеством клеток сопровождающей паренхимы, которые образуют сплошные пояса или односторонние скопления. Древесина корней имеет меньшую плотность и прочность, чем древесина ствола.
У лиственных пород в древесине корней сильно развиты сосуды. По исследованиям В. Е. Вихрова и С. А. Туманян, в крупных боковых корнях дуба нет ядра, древесина рассеянно-сосудистая, годичные слои узкие и плохо заметные, разницы между ранней и поздней древесиной не наблюдается. Кроме широких и узких сердце-
37
винных лучей есть также ложноширокие лучи. В древесине корней дуба содержится большое количество древесной паренхимы, клетки которой крупнее, чем у ствола. В центральной части корней дуба расположены паренхимные клетки, трахеиды и сосуды; сердцевины, состоящей только из паренхимных клеток, в корнях нет.
Исследования Л. А. Лебеденко показали, что у других пород этого семейства (бук, каштан) также наблюдаются заметные различия между строением древесины корней и ствола. В то же время у березы и ольхи древесина корней мало отличается по строению от древесины ствола.
Контрольные вопросы
1.	Назовите основные части ствола.
2.	На каких разрезах изучают строение и свойства древесины?
3.	Назовите элементы макроскопического строения древесины.
4.	Какие особенности макроскопического строения древесины используют для определения пород?
5.	Назовите основные структурные элементы и их расположение в клеточной стенке.
6.	Что такое древесные ткани?
7.	Опишите анатомические элементы, выполняющие проводящие, механические и запасающие функции в древесине хвойных и лиственных пород.
8.	Чем отличается микростроение древесины лиственных пород от хвойных?
9.	Назовите особенности микростроения коры.
10.	Укажите отличия и сходство в строении древесины ствола и корней.
Глава 2
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ И КОРЫ
2.1. Химический состав древесины и коры. Характеристика органических веществ
Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99 % общей массы), в состав которых входят углерод (С), водород (Н), кислород (О) и немного азота (N). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49 ...50 % углерода, 43 ...44 % кислорода, 6 % водорода и всего лишь 0,1...0,3 % азота. Элементный химический состав древесины ствола и ветвей различается мало. При сжигании древесины остается ее неорганиче-
38
—А *
ская часть — зола (0,1... 1 %). В состав золы входят кальций, калий, натрий, магний; в меньших количествах фосфор, сера и другие элементы. Большая часть (75...90 %) образованных ими минеральных веществ нерастворима в воде. Среди растворимых веществ преобладают карбонаты калия и натрия, а среди нерастворимых — соли кальция.
Больше золы дает кора. Так, стволовая древесина дуба образовала при сгорании 0,35 % золы, а кора — 7,2 %. Древесина ветвей образует больше золы, чем древесина ствола: ветви березы дают при сгорании 0,64 % золы, а стволовая древесина — 0,16 %. Древесина верхней части ствола дает больше золы, чем нижняя.
[Основными органическими веществами древесины являются целлюлоза, лигнин и гемицеллюлозы, которые, как уже отмечалось, входят в состав клеточных стенок. Содержание указанных веществ зависит от породы. По данным А. В. Бурова и А. В. Оболенской, в древесине хвойных пород целлюлозы 35...52 %, лигнина 25... 30 %, гемицеллюлоз 22... 30 % (в том числе пентозанов 5... 11 % и гексозанов 9... 13 %). В древесине лиственных пород несколько меньше целлюлозы (31...50 %) и лигнина (20...28 %), но больше гемицеллюлоз (19...35 %), причем среди гемицеллюлоз преобладают пентозаны (16...29%) и гораздо меньше гексозанов (до 6%).
Целлюлоза — линейный полимер, полисахарид с длинной гибкой цепной молекулой. Формула целлюлозы (С6Н10О5)„, где п — степень полимеризации, составляющая 5000... 10000. Это очень стойкое вещество, не растворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета, плотностью 1,54... 1,58 г/см3.
Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (С5Н8О4)„, содержащие пять атомов углерода в элементарном звене, и гексозаны (С6Н10О5)„, имеющие, как и целлюлоза, шесть атомов углерода в звене. Однако у всех гемицеллюлоз степень полимеризации гораздо меньше (60... 200), что свидетельствует о более коротких, чем у целлюлозы, цепочках молекул.
Лигнин — аморфный полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Лигнин химически менее стоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей. Цвет лигнина (от светло-желтого до темно-коричневого) зависит от способа его выделения из древесины; плотность 1,25... 1,45 г/см3.
Кроме основных органических веществ в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннинов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире.
39
У хвойных пород (сосна, лиственница) в заболони целлюлозы и лигнина больше, чем в ядре. У некоторых лиственных пород (ясень, дуб, тополь) целлюлозы несколько больше в ядре. Древесина лиственницы (ядро) и дуба (ядро и заболонь) отличается повышенным содержанием водорастворимых экстрактивных веществ. В поздней древесине сосны, лиственницы содержится немного больше целлюлозы, чем в ранней древесине.
Элементный химический состав коры мало отличается от состава древесины, но кора содержит гораздо меньше целлюлозы и значительно больше экстрактивных и минеральных веществ. Как было указано ранее, в корке содержится суберин, которого нет в древесине. В корке березы — бересте — помимо суберина содержится бетулин, придающий ей характерный белый цвет.
2.2. Древесина, кора и древесная зелень как химическое сырье и топливо
1
Получение и использование целлюлозы и целлюлозных материа-—лов. Для получения целлюлозы в промышленности используют различные способы.
К группе кислотных способов относятся сульфитный и бисуль-фитный. Сульфитный способ до недавнего времени имел у нас наибольшее распространение. При этом способе в качестве сырья используется древесина малосмолистых хвойных (ель, пихта) и ряда лиственных пород.
Короткие окоренные бревна (балансы), а также отходы лесопиления и лесозаготовок на рубильных машинах перерабатываются в щепу .'Отсортированную, однородную по размерам щепу загружают в вертикальные варочные котлы. В котел подается так называемая сульфитная варочная кислота, представляющая собой раствор сернистой кислоты, содержащей некоторое количество бисульфита кальция Ca(HSO3)2. Кальциевое основание (СаО) может быть заменено магниевым, натриевым или аммонийным. Варка ведется при температуре 130... 150 °C и давлении 0,5... 1 МПа в течение 5... 12 ч. Основная задача варки заключается в делигнификации древесины. Во время варки происходят также частичный гидролиз гемицеллюлоз и другие процессы.
В результате варки получают целлюлозную массу и перешедшие в раствор остальные органические вещества — сульфитный щелок. Содержимое котла вымывают или выдувают в сцежу или приемный резервуар. Здесь происходят отделение щелока от целлюлозы и ее промывка. Далее целлюлозную массу очищают от непроваренной щепы, песка и других примесей. Для некоторых производств необходима особо чистая целлюлоза, поэтому ее дополнительно облагораживают, обрабатывая раствором NaOH для
40
удаления гемицеллюлоз, остатков лигнина, золы и смолы. Обычно такой процесс облагораживания сочетают с отбелкой целлюлозы хлорсодержащими агентами или перекисью водорода. Разработан также способ отбелки целлюлозы молекулярным кислородом в щелочной среде.
Затем целлюлозную массу обезвоживают и на специальной машине превращают в непрерывную плотную ленту с влажностью 8... 12 %. Эту ленту разрезают на листы, упаковывают в пачки и отправляют на другие предприятия (бумажные фабрики и т.д.). Побочный продукт — сульфитный щелок — используют для получения белковых кормовых дрожжей, этилового спирта (этанола) и других продуктов. Химической переработкой из щелока можно получить ванилин, фенолы, ароматические кислоты. Технические лигносульфонаты из щелока, упаренного после биохимической переработки, находят применение в производстве цемента и бетона, литейных форм и стержней, используются при бурении скважин, для улучшения структуры почв и других целей.
К недостаткам сульфитного способа, не пригодного для варки древесины высокосмолистых пород, относятся: отсутствие достаточной регенерации химикатов из отработанных щелоков, что приводит к загрязнению водоемов; длительность процесса; необходимость кислотостойкого оборудования.
JB и с у л ь ф и т н ы й способ позволяет использовать для получения целлюлозы древесину практически любых пород. Варка щепы проводится в водном растворе бисульфита натрия, магния или аммония. Оборудование и технология во многом схожи с применяемыми при сульфитном способе, однако температура процесса варки выше — 155... 165 °C. К недостаткам сульфитного способа в данном случае добавляется ограниченная возможность биохимической переработки отработанного щелока из-за низкого со-ержания в нем простейших сахаров.
jf К группе щелочных способов относятся сульфатный и натронный. Наибольшее распространение получил сульфатный способ, которым получают более половины производимой в мире целлюлозы. При таком способе может быть использована древесина любых пород, в том числе и высокосмолистых (сосны и др.). Измельченная в щепу древесина подвергается варке в растворе, содержащем едкий натр (NaOH) и в 3 раза меньше сернистого натрия (Na2S). Варка ведется при температуре 170... 180 °C и давлении 0,7... 1,2 МПа в течение 2...5 ч. По окончании процесса варочный раствор приобретает черный цвет и называется черным щелоком. Черный щелок упаривают, для компенсации потерь Na2S смешивают с сульфатом натрия (Na2SO4) и прокаливают. При этом органическая часть щелока сгорает (используется как топливо), а минеральная употребляется для приготовления свежего варочного раствора — белого щелока.
41
Остальные операции такие же, как и при получении сульфитной целлюлозы. Для получения высококачественной целлюлозы древесину подвергают предгидролизу (пропаркой, водной варкой или другим способом) для удаления большей части гемицеллюлоз.
Сульфатный способ позволяет получать более прочные волокна, необходимые для производства корда и для других целей. К достоинствам этого способа относится также возможность осуществлять процесс по замкнутой схеме (путем регенерации щелока), что уменьшает загрязнение окружающей среды. При сульфатном производстве целлюлозы улавливают скипидар и снимают с поверхности охлажденного щелока сульфатное мыло, которое используют при выработке хозяйственного мыла, олифы, смазочных масел, моющих средств, эмульгаторов и т. д. Из предгидролизата суль-фатно-целлюлозного производства можно получать кормовые дрожжи.
Натронный способ получения целлюлозы основан на применении в качестве реагента едкого натра; потери щелочи возмещаются добавкой соды. Этот способ находит сравнительно небольшое применение главным образом при переработке древесины лиственных пород.
Для получения целлюлозы из древесины лиственных пород используется нейтральный способ, при котором варочный раствор содержит сульфит натрия Na2SO3 или сульфит аммония (NH4)2SO3 и имеет реакцию, близкую к нейтральной. Этот способ часто называют моносульфитным или нейтрально-сульфитным. Варка проводится в котлах периодического или непрерывного действия при конечной температуре 160... 180°C и давлении 0,65... 1,25 МПа в течение 0,2...6 ч. Этим способом получают целлюлозу с большим содержанием сопутствующих веществ. Основной недостаток — невозможность использования древесины хвойных пород. Эффективных промышленных способов утилизации моносульфитных щелоков пока не найдено.
Для всех промышленных способов получения целлюлозы характерно образование отходов, в той или иной мере загрязняющих окружающую среду соединениями серы. Поэтому особенно важны разработки бессернистой технологии целлюлозы, например с использованием антрахинона, получаемого из нефтяного или каменноугольного сырья.
Промышленность выпускает техническую целлюлозу с различной величиной выхода продукта из сырья. Целлюлоза нормального в ы х о д а (40... 50 % от массы сырья) находит широкое применение в бумажном производстве и ряде отраслей химической промышленности. Целлюлоза высокого выхода (50...60%), содержащая значительную часть лигнина, гемицеллюлоз и другие вещества, получается при сокращенной продолжительности варки и пониженной температуре процесса. Этот продукт используют
42
для производства различных видов картона и бумаг. П о л у целлюлозу — волокнистый полуфабрикат (выход 60... 80 %), содержащий еще больше нецеллюлозных веществ, — получают путем неглубокой химической переработки сырья и последующего размола. Полуцеллюлоза используется для выработки тарного и других видов картона, а также низких сортов бумаг.
Значительно больший выход волокнистых полуфабрикатов можно получить в виде древесной массы, которую используют в производстве бумаги и картона. По способу измельчения древесины различают дефибрерную древесную массу (ДДМ) и рафинерную древесную массу (РДМ). При первом способе балансы истирают в присутствии воды абразивной поверхностью быстро вращающегося камня в дефибрерах, при втором щепу размалывают в дисковых мельницах.
По характеру предварительной обработки различают несколько видов древесной массы. Белая древесная масса из балансов и щепы ели, пихты, осины, тополя имеет волокна сравнительно малой прочности, цвета натуральной древесины; выход 95...96 %. Используется она в сочетании с целлюлозой для производства массовых видов бумаг.
Если перед истиранием балансы из древесины всех пород предварительно пропарить, то процесс размельчения облегчается, волокна получаются более прочными, но темного цвета. Такая бурая древесная масса используется для выработки оберточных бумаг и картона.
Предварительная пропарка щепы дает возможность получить термомеханическую древесную массу (ТММ) с прочными волокнами и выходом 90 %. При предварительной химической обработке балансов или щепы получают химическую древесную массу с весьма прочными волокнами и выходом 85 ...90 %. Если щепу подвергают не только химической обработке, но и пропарке, получают химико-термомеханическую древесную массу. По прочности волокна ее показатели в 2 раза выше, чем у ТММ; выход составляет 80...90 %.
Широкое применение находят производные целлюлозы. При взаимодействии целлюлозы с 18...20%-ным раствором едкого натра образуется щелочная целлюлоза, которая используется для получения вискозы, затем искусственных волокон и далее шелка, штапельной ткани. Особенно большое значение имеют очень прочные вискозные кордные нити, которые применяют для изготовления ткани, составляющей каркас автомобильных и авиационных шин, транспортерных лент и т.д. Из вискозы получают целлофан и другие неволокнистые материалы.
В результате взаимодействия целлюлозы со смесью азотной и серной кислот получают нитраты целлюлозы. Растворы нитратов целлюлозы с малым содержанием азота (коллоксилин) при
43
меняют для производства целлулоида, кино- и фотопленки, нитролаков, нитроклея и других продуктов. Из нитратов целлюлозы с высоким содержанием азота (пироксилина) изготовляют бездымный порох.
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии катализаторов (серной или хлорной кислоты) и растворителя (уксусной кислоты) образуются ацетаты целлюло-з ы. Они используются в производстве негорючих кино- и фотопленок, пластмасс, лаков и ацетатных волокон, более эластичных и водостойких, чем вискозные. Ткани, изготовленные из этих волокон, не мнутся, но сильно электризуются и мало устойчивы к истиранию.
Очень тонкие волокна получают из медноаммиачного раствора облагороженной целлюлозы. Они стойки к воздействию органических растворителей, но ткани из них легко сминаются и истираются.
Путем прививки к целлюлозе других полимеров или химическими превращениями функциональных групп в ее макромолекуле получают волокна, обладающие повышенной устойчивостью к истиранию, действию света, огня и микроорганизмов. Из модифицированных целлюлозных волокон изготовляют: маслостойкие и водоотталкивающие ткани; ионообменные материалы для улавливания золота, серебра из растворов, ртути из сточных вод и т.д.; антимикробные материалы; кровоостанавливающую марлю и др.
Простые эфиры целлюлозы (этилцеллюлоза, бензилцел-люлоза, метилцеллюлоза и др.) также находят применение в разных отраслях промышленности. Термопластичные материалы на базе простых и сложных эфиров целлюлозы — этролы — используются в самолето- и автомобилестроении.
Гидролиз древесины. При взаимодействии водных растворов кислот с древесиной происходит гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, которые превращаются в простые сахара (например, глюкозу, ксилозу и др.). Эти сахара можно подвергать химической переработке, получая такие продукты, как ксилит, сорбит и др. Однако в основном гидролизная промышленность ориентируется на последующую биохимическую переработку сахаров. Сырьем для гидролизной промышленности служат главным образом отходы лесопиления и деревообработки, низкокачественная древесина. Технологические опилки (ГОСТ 18320—78) сразу подвергают гидролизу, крупномерные отходы и дрова предварительно измельчают в щепу.
Гидролиз древесины можно осуществлять разбавленными минеральными кислотами (серной, соляной) при высокой температуре или концентрированными кислотами при нормальной температуре.
44
В промышленности применяется гидролиз разбавленной до 0,5...0,6 % серной кислотой. Сырье в виде смеси опилок и щепы поступает в гидролизаппарат. Туда же подается горячий раствор серной кислоты. При температуре 140... 160 °C происходит гидролиз гемицеллюлоз, а при 180... 190 °C — гидролиз целлюлозы. Одновременно с подачей серной кислоты отбирают гидролизат — кислый водный раствор простых сахаров. В конце процесса в гидролизаппарат подается горячая вода для удаления сахаров и серной кислоты, пропитывающих нерастворимый остаток — лигнин. Этот побочный продукт гидролизного производства может быть использован для получения смол, пластмасс, антисептиков, удобрений, активного угля, топлива и др.
При гидролизе более концентрированной (10... 15%) серной кислотой богатой пентозанами древесины лиственных пород (береза, осина) и сельскохозяйственных растительных отходов получают фурфурол. Он применяется в производстве пластмасс, синтетических волокон, смол, для очистки смазочных масел, изготовления медицинских препаратов (фурацилина и др.), красителей, средств для борьбы с сорняками, грибами и насекомыми и для других целей.
Нейтрализованный известковым молоком гидролизат (сусло) поступает в бродильное отделение. Под действием ферментов винокуренных дрожжей содержащиеся в сусле гексозы (глюкоза и сахара из гексозанов) сбраживаются и образуют этиловый спирт, а также углекислый газ, который улавливается и используется для получения жидкой углекислоты и сухого льда. Этиловый спирт (этанол) используется в производстве пластмасс, пленок, лакокрасочных материалов, лекарственных препаратов и т.д. Весьма перспективно использование этанола в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Остатки после отгонки спирта (барда) содержат неразложив-шиеся пентозы, которые используют для выращивания кормовых дрожжей, богатых витаминами и белком. Создана самостоятельная гидролизно-дрожжевая промышленность, в которой технологический процесс не предусматривает получения этилового спирта. Весь гидролизат, включающий как гексозы, так и пентозы, используется для выращивания кормовых дрожжей — ценной добавки к рациону питания животных. Дрожжи выпускают в виде сухого (влажностью не более 10%) порошка коричневого цвета с содержанием белка не менее 35 %.
В последнее время кроме традиционного способа гидролиза получили распространение автогидролиз кратковременной пропаркой древесины при температуре 200...240°C с последующим мгновенным сбросом давления и, особенно, ферментативный гидролизе использованием биологических катализаторов.
45
В Японии и ряде других стран применяют ожижение древесины путем гидролиза и других химических воздействий, получая смесь веществ для производства полимерных материалов.
Пиролиз древесины и коры. При нагревании древесины без доступа воздуха (сухой перегонке) происходят потеря воды (при температуре 120... 150 °C) и частичное разложение древесины (при 150... 275 °C). Главные реакции распада веществ древесины совершаются при температуре 275...450°C с бурным выделением теплоты. Последняя стадия пиролиза происходит при 450...550°C с дополнительным подводом теплоты извне. В результате пиролиза образуются уголь, жижка и газы.
Древесный уголь, отличающийся малой зольностью, почти полным отсутствием вредных примесей, высокой сорбционной способностью, применяют в производстве полупроводников, сероуглерода, для очистки промышленных растворов и сточных вод и для многих других целей. Древесный уголь получают в качестве основного продукта в углежжении.
Жижка — раствор продуктов разложения древесины, при отстаивании которого образуются два слоя: верхний — водный и нижний — смоляной. Из отстойной и растворенной в сырой жиж-ке смолы получают антиокислитель бензина, антисептики (креозот) и другие продукты. Из водного слоя жижки выделяют уксусную кислоту, метиловый спирт, ацетон и другие растворители. В последние годы жидкие продукты пиролиза применяют в качестве топлива.
Газы, образующиеся при пиролизе древесины, используют как топливо для обогрева реторт — аппаратов, в которых происходит термическое разложение древесины.
При пиролизе древесины и коры выход основных продуктов зависит от породы, о чем свидетельствуют данные В. Н. Козлова, представленные в табл. 2.1. Кора при сухой перегонке дает больше смолы, угля и газов, чем древесина, но меньше уксусной кислоты и метилового спирта. Из бересты (наружной части коры березы) получают деготь для кожевенной, фармацевтической промышленностей и других нужд.
Технические условия на сырье для пиролиза и углежжения в виде круглых или колотых поленьев регламентированы ГОСТ 24260-80.
Энергохимическая переработка (газификация) древесины. Нагревание древесины до температуры выше 800 °C в условиях ограниченного доступа воздуха приводит к образованию горючих газов и небольшого количества (10 %) жидких продуктов (коптильных препаратов, литейных крепителей и др.).
Сжигание древесины и коры. Качество древесины как топлива оценивается теплотой сгорания. Этот показатель представляет собой количество теплоты, выделяющееся при полном сго-
46
Таблица 2.1
Выход основных продуктов при пиролизе древесины и коры
Продукт	Выход, % от массы абсолютно сухого сырья	
	Сосна	Береза
Уголь	37,90/42,50	33,0/37,40
Газы	18,20/19,80	15,3/18,50
Уксусная кислота	3,10/0,85	6,9/2,55
Метиловый спирт	0,85/0,31	1,6/0,69
Смола	7,00/8,40	6,3/14,90
Примечание. В числителе выход при пиролизе древесины, в знаменателе — коры.
рании 1 кг древесины. Низшую (без учета теплоты, образующейся при конденсации водяных паров) теплоту сгорания (в кДж/кг) можно определить по формуле Д. И. Менделеева, которая применительно к древесине, практически не содержащей серы, имеет вид
(?„ = 339С + 1031Н - 1090 - 25РИОТН,	(2.1)
где С, Н и О — содержание углерода, водорода и кислорода, %; Иотн — относительная влажность древесины, %.
Вычисленные по указанной формуле значения отличаются от действительных на 5... 10%. Теплота сгорания единицы массы древесины почти не зависит от породы, так как элементный химический состав древесины различных пород примерно одинаков. У абсолютно сухой древесины теплота сгорания колеблется в узких пределах (19,6...21,4 МДж/кг), причем у хвойных пород она несколько выше, чем у лиственных. Для сравнения укажем, что теплота сгорания торфа 23, антрацита 30, мазута 40 МДж/кг (1 МДж= 106 Дж® 239 ккал).
С повышением влажности топлива теплота сгорания снижается; у свежесрубленной древесины она по крайней мере в 2 раза меньше, чем у абсолютно сухой.
Теплота сгорания коры примерно такая же, как древесины соответствующей породы, однако встречаются исключения. Например, береста имеет теплоту сгорания 35 МДж/кг. Сжигание коры возможно при влажности менее 70 %.
Значение теплоты сгорания единицы объема (1 м3) древесины может быть получено умножением величины QH на плотность древесины. Поскольку плотность древесины у разных пород различна, теплота сгорания единицы объема древесины существенно 1ависит от породы.
Наивысшая температура при идеальных условиях горения (жаропроизводительная способность древесины) также может быть
47
подсчитана теоретическим путем; она достигает 1550 °C, однако из-за потерь в топке действительная температура горения древесины составляет 1000... 1100 °C.
Для многих регионов нашей страны дрова — наиболее доступное местное топливо. В отличие от каменного угля и нефти оно при сжигании не образует сернистых соединений, загрязняющих окружающую среду. Требования к качеству дров для отопления отражены в ГОСТ 3243 — 88.
Получение и использование экстрактивных веществ из древесины и коры. Прижизненное извлечение смолы (живицы) из древесины хвойных пород достигается путем подсочки. Для этой цели на очищенном от грубой коры участке поверхности ствола сосны или кедра осенью нарезают вертикальный желобок. Весной через каждые 3... 5 дней под углом 30... 45° к желобку наносят под-новки глубиной 3... 5 мм. Так образуется карра — рана, напоминающая хвостовое оперение стрелы. Из перерезанных смоляных ходов находящаяся в них под давлением 1... 2 МПа живица вытекает в конический приемник. Сбор живицы из приемника проводят 1 — 2 раза в месяц. Сезон подсочки составляет 4... 6 мес. В среднем с одного соснового дерева получают 1,5 кг живицы за сезон.
Для увеличения выхода живицы применяют химические стимуляторы, которыми смазывают подновки. Полученная в результате подсочки сосновая живица содержит примерно 75 % канифоли и около 20 % скипидара, остальное составляют вода и механические примеси. Кедровой живицы добывается значительно меньше, чем сосновой.
Подсочка ели и лиственницы в широких промышленных масштабах пока не ведется. Лиственничная живица не кристаллизуется при хранении; она используется при изготовлении лучших сортов лаков и красок, для медицинских целей и т. д. Добывают живицу и из желваков на коре пихты. Их прокалывают и выдавливают живицу в переносные приемники. Пихтовая живица (бальзам) имеет близкий к стеклу коэффициент преломления, дает совершенно прозрачную пленку и применяется в оптической промышленности, микроскопии и т.д.
При переработке живицы происходит отгонка с водяным паром летучей части — скипидара и уваривание канифоли. Указанные продукты можно получать путем экстракционной переработки спелого пневого осмола (ОСТ 13-131 — 82) — ядровой части сосновых пней с повышенным относительным содержанием смолы в результате отгнивания в течение 8... 15 и более лет малосмолистой заболони. Сырьем может быть и стволовой осмол — древесина, сильно просмоленная в результате проведения особого вида подсочки. В качестве растворителя при извлечении смолистых веществ из такой древесины используют чаще всего бензин.
48
Скипидар широко применяют как растворитель в лакокрасочной промышленности, для производства синтетической камфары, душистых и биологически активных веществ. Камфара используется в производстве целлулоида, лаков и кинопленки. Из Скипидара получают смазки для авиационных двигателей, инсектициды и другие продукты. Канифоль применяют в производстве каучука, бумаги, мыла, нитролаков, электроизоляционных и других материалов.
Подсочкой растущих деревьев лиственных пород получают соки. Широко известен березовый сок, содержащий глюкозу и минеральные вещества; он используется как освежающий напиток, сырье для пищевой и фармацевтической промышленности.
Дубильные вещества (таннины), используемые при выделке кож, можно получить из коры ивы (8... 12 % таннинов), ели (7... 12%), лиственницы (10... 15%), пихты (7—15%) и некоторых других пород, а также из древесины дуба и каштана, содержащей соответственно около 5 и 7 % таннинов. Промышленность для производства дубителей использует лиственничное, еловое и ивовое корье, заготавливаемое согласно ГОСТ 6663 — 74, а также древесное сырье из дуба и каштана (ГОСТ 4106—74). Дубильные вещества экстрагируют горячей водой. Товарными продуктами являются жидкие, тестообразные или твердые порошкообразные дубильные экстракты.
Использование древесной зелени и коры. В древесную зелень входят листья с регламентированной примесью коры, древесины, не одревесневших побегов, почек, семян и т.д. Согласно ГОСТ 21769 — 76 хвойная древесная зелень представляет собой тонкие (диаметром до 8 мм) ветви с хвоей, заготавливаемые при рубке леса. В живых клетках, особенно в листьях, содержится много биологически активных веществ: витаминов, хлорофилла, каротина, ферментов, микроэлементов, фитонцидов и др., которые нужны не только растениям, но и животным. Поэтому в качестве витаминных добавок к рациону питания животных используют измельченный веточный корм, хвойную витаминную муку (ГОСТ 13797—78). Для лечения заболеваний животных используют хвойную хлорофилло-каротиновую пасту; ее можно применять для лечения ожогов и кожных заболеваний у людей. Из древесной зелени получают также эфирные масла и другие продукты, используемые в медицине, парфюмерной, пищевой промышленности.
Кора, как уже отмечалось, используется для извлечения из нее экстрактивных веществ, для приготовления кормовой муки, грубых кормов, кормовых полуфабрикатов (из осиновой коры). Путем компостирования с добавкой аммонийных и фосфорсодержащих солей кору можно превратить в ценное удобрение. Кору можно использовать для получения строительных, главным образом
49
теплоизоляционных, плитных материалов, а при невозможности переработки — в виде топлива.
Контрольные вопросы
1.	Из каких основных химических элементов состоит древесина?
2.	Какие основные органические вещества входят в состав древесины?
3.	Назовите способы получения целлюлозы.
4.	Что такое гидролиз древесины?
5.	Какие основные продукты получают при пиролизе древесины?
6.	Какими показателями характеризуется древесина как топливо?
7.	Что такое подсочка и какие продукты получают из живицы?
8.	Что такое таннины и как их извлекают из древесного сырья?
9.	Назовите области применения древесной зелени.
10.	Как используют кору?
Глава 3
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
3.1. Внешний вид
Цвет. Древесина поглощает падающее световое излучение избирательно. От спектрального состава отраженного ею светового потока зависит определенное зрительное ощущение, называемое цветом.
Обычно для характеристики цвета древесины используют словесные описания, в основе которых лежат зрительные образы или символические понятия. Однако этому свойству древесины можно дать количественную оценку, используя методы колориметрии (от лат. color — цвет) — науки о цветовых измерениях. Достаточно установить численные значения трех показателей: цветового тона, чистоты и светлоты.
Цветовой тон определяется длиной волны X чистого спектрального цвета. Обычно цвета окружающих нас предметов более или менее блеклые, так как чистые спектральные цвета разбавлены белым. Чистота цвета Р, которая выражает степень этого разбавления, может изменяться от нуля до 100%. Светлота характеризуется коэффициентом отражения р. Для белых поверхностей, отражающих максимальное количество световой энергии, коэффициент отражения близок к единице, для черных — приближается к нулю.
С помощью атласа цветов автором были определены колориметрические характеристики 30 пород из коллекции МЛТИ. Исследования показали, что выдержанная в течение 5...20 лет дре
50
весина большинства отечественных пород очень мало отличается по цветовому тону. Длина волны X колеблется в пределах 578... 585 нм, что соответствует желтому участку спектра. Вместе с тем наблюдается большое разнообразие значений чистоты цвета Р, которые изменяются в пределах от 30 до 60 %. Светлота (коэффициент отражения р) изменяется в еще больших пределах (20...70 %).
Целлюлоза — основное вещество, из которого состоит древесина, — почти белого цвета. Все многообразие цветовых оттенков древесины придают ей вещества, заключенные в полостях клеток или пропитывающие их стенки — красящие и дубильные вещества, смолы и продукты их окисления.
Древесина пород умеренного пояса окрашена бледно, а древесина пород тропического пояса имеет очень яркую окраску, интенсивность которой увеличивается с возрастом, что особенно заметно для ядровых пород. В оптимальных условиях роста для данной породы ее окраска бывает более яркой.
Древесина многих пород изменяет цвет при выдержке под влиянием воздуха и света. Тем не менее цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании. Изменение цвета древесины чаще всего указывает на поражение ее грибами.
В речной воде древесина дуба сильно темнеет в результате соединения дубильных веществ с солями железа. Этой же причиной объясняется и появление на поверхности дубовых пиломатериалов черных полос и пятен при распиловке сырой древесины. Заболонь сосны после сплава иногда приобретает желтую окраску, а древесина березы — оранжевую. При пропаривании древесина бука довольно равномерно окрашивается в красноватый цвет. После высокотемпературной сушки у древесины хвойных пород появляется буроватая окраска.
Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе пород для внутренней отделки помещений, изготовления мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок, спортивного инвентаря и т. д.
Блеск. Под блеском древесины понимают ее способность направленно отражать световой поток. Наибольший блеск наблюдается при освещении зеркальных, т. е. почти идеально гладких поверхностей. В отличие от них матовые поверхности, имеющие однородные неровности, отражают световой поток диффузно, т. е. равномерно во все стороны. Поверхности даже самым тщательным образом обработанной древесины приближаются к матовым и могут характеризоваться коэффициентом диффузного отражения (белизной).
Если на продольных разрезах древесины встречаются участки со сравнительно небольшими структурными неровностями, то появляются блики, отсветы. Такой способностью Обладают серд-
51
невинные лучи на радиальных разрезах (расколах) древесины клена, платана, бука, ильма, дуба, кизила, белой акации. Шелковистый блеск свойствен древесине бархатного дерева. Из иноземных пород особенно заметным блеском отличается древесина атласного дерева и махагони (красное дерево).
Исследования, проведенные ранее автором и позднее Б. М. Рыбиным (МЛТИ) с помощью блескомера ФБ-2, свидетельствуют о том, что на показания этого прибора оказывают влияние колориметрические характеристики древесины и ее белизна. Пока еще нет полной количественной характеристики блеска древесины, точно соответствующей нашим зрительным восприятиям.
Текстура. Текстурой называют рисунок, образующийся на поверхности древесины вследствие перерезания анатомических элементов. Чем сложнее строение древесины и разнообразнее сочетание отдельных элементов, тем богаче текстура. В строении древесины хвойных пород принимает участие сравнительно небольшое число типов упорядоченно расположенных анатомических элементов, которые создают однообразную текстуру.
У хвойных пород текстура зависит в основном от разницы в окраске ранней и поздней древесины, а также от ширины годичных слоев. Извилистые очертания годичных слоев образуют более интересный рисунок на тангенциальном разрезе, особенно у лиственницы (рис. 3.1, а) и тиса.
Для древесины лиственных пород со сложным строением характерно наличие видимых невооруженным глазом крупных сосудов (ясень, бархатное дерево, дуб и др.), сердцевинных лучей, обычно окрашенных темнее, чем окружающая древесина (бук, ильм, платан и др.), неправильно расположенных волокон и т.д. Это создает более богатую текстуру.
Выбор направления разреза древесины определяет характер текстуры. Из отечественных лиственных пород на радиальном разрезе красивую текстуру, обусловленную наличием сердцевинных лучей, имеют бук, платан, клен, явор, дуб, карагач, ильм (рис. 3.1, б). Три последние кольцесосудистые породы ценятся своей текстурой и на тангенциальном разрезе.
Помимо этих пород на тангенциальном разрезе красивую текстуру, образованную в основном перерезанными сосудами, имеют ясень, грецкий орех, бархатное дерево, каштан съедобный, вяз. Путаное расположение волокон (свилеватость) создает отличающуюся высокими декоративными свойствами текстуру древесины капов (наростов) на стволах деревьев лиственных пород (см. п. 6.3, 6.4). Так называемая узорчатая древесина наблюдается у карельской березы (рис. 3.1, в). Очень ценится текстура клена «птичий глаз» — аномальная древесина белого клена. Выразительна волнистая текстура ясеня маньчжурского (рис. 3.1, г). Своеобразную текстуру можно получить при неравномерном прессовании
52
a
б
в
г
Рис. 3.1. Текстура древесины:
а — лиственницы (тангенциальный разрез); б — ильма (радиальный разрез); в — карельской березы; г — ясеня маньчжурского (волнистая)
древесины, лущении ее ножом с волнистым лезвием, а также при лущении древесины под углом к направлению волокон. Текстура и цвет определяют ценность древесины как декоративного материала. Прозрачная отделка древесины лаками проявляет ее текстуру. Лаковое покрытие, имеющее близкий к древесине коэффициент преломления света, увеличивает прозрачность поверхностных слоев и способствует зрительному восприятию глубины текстуры.
Макроструктура. Для оценки качества древесины по внешнему виду используют некоторые характеристики макроструктуры. Показателем годичного прироста, характеризующим усредненную ширину годичных слоев, служит число слоев, приходящееся на 1 см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцовой поверхности образца. Степень равнослой-н о с т и оценивают по разнице в числе годичных слоев на двух таких соседних участках длиной по 1 см.
53
Содержание поздней древесины определяется соотношением в процентах между суммарной шириной зон поздней древесины и общей протяженностью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоев.
Согласно ГОСТ 16483.18 — 72 на торце образца проводят карандашом линию в радиальном направлении, отмечают границы крайних целых годичных слоев на участке, примерно равном 2 см, и подсчитывают число слоев N. Расстояние / между отметками измеряют масштабной линейкой с погрешностью не более 0,5 мм. Число годичных слоев в 1 см вычисляют с погрешностью до половины слоя по формуле
Затем измерительной лупой с погрешностью не более 0,1 мм измеряют ширину поздней зоны 8 в каждом годичном слое (между отметками). Полученные значения складывают и подсчитывают содержание поздней древесины с погрешностью до 1 % по формуле
т = ХЁюО,	(3.2)
где 2^8— общая ширина поздних зон; I — общее протяжение годичных слоев, в которых измеряли ширину поздней зоны.
Ширина годичных слоев и содержание поздней древесины у разных пород различны, они изменяются по высоте и радиусу ствола, зависят от условий произрастания.
Равноплотность древесины характеризует равномерность распределения древесинного вещества по ширине годичного слоя. Малой равноплотностью обладает древесина пород с резкой разницей в строении ранней и поздней зон годичных слоев (лиственница, сосна, дуб, ясень и др.). Высокой равноплотностью отличаются самшит, груша, граб, клен, бук, ольха, осина, липа и ряд других пород. Количественного показателя для равноплотности древесины пока нет.
Поверхность древесины, как бы тщательно она ни обрабатывалась режущими инструментами, всегда будет иметь те или иные неровности, образованные перерезанием полых анатомических элементов.
Поверхность продольных разрезов древесины таких часто используемых для отделки пород, как дуб, ясень, орех, ильм и ряд других, имеет анатомические неровности высотой до 200 мкм и более.
У хвойных пород высота неровностей составляет от 8 до 60 мкм, а у большинства рассеянно-сосудистых лиственных пород — 30... 100 мкм.
54
3.2. Влажность и свойства, связанные с ее изменением
Вода в древесине. В древесине растущего дерева содержится значительное количество воды, необходимой для его нормальной жизнедеятельности. В срубленной древесине в зависимости от условий хранения и транспортировки содержание воды может увеличиваться или уменьшаться. В большинстве случаев при использовании древесины воду из нее удаляют с целью улучшения качества материала и готовых изделий.
Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель влажность. Под влажностью понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины:
И^ = т~-т°100,	(3.3)
где т — начальная масса образца древесины, г; т0 — масса образца абсолютно сухой древесины, г.
Иногда, например для дров, используют показатель
Жотн = т~т°Ю0. т
Влажность древесины измеряют прямыми или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины. Воду можно отделить путем высушивания и определить влажность с заданной степенью точности. .Согласно ГОСТ 16483.7—71 с погрешностью до 0,1 % можно определить влажность проб из образцов, подвергавшихся физикомеханическим испытаниям. Очищенные от заусенцев и опилок пробы помещают в стеклянные бюксы с притертыми крышками и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г. Бюксы используют для того, чтобы масса пробы не изменялась во время взвешивания. Масса бюксы определяется заранее на тех же весах. Пробы находятся в бюксах (но со снятыми крышками) и во время высушивания в сушильных шкафах с электрическими нагревателями воздуха и автоматическими регуляторами температуры. Сушка проводится при температуре воздуха (103 ±2) °C. Первое взвешивание бюкс с образцами проводят через 6... 10 ч, а далее через каждые 2 ч. Если разница в массе при двух взвешиваниях с указанным интервалом окажется менее 0,002 г, считают, что достигнуто абсолютно сухое состояние древесины. Пробы из смолистой древесины хвойных пород не должны находиться в сушильном шкафу более 20 ч.
Перед каждым взвешиванием бюксы закрывают крышками и охлаждают в сухом воздухе в эксикаторах — сосудах с безводным
55
хлористым кальцием или серной кислотой при концентрации 94 %. Влажность, %, вычисляют по формуле
Ж =	(3.4)
/И3 -
где /и, — масса бюксы, г; т2 и т3 — масса бюксы с пробой соответственно до и после высушивания, г.
Влажность древесины с большей погрешностью (до 1 %) определяют по образцам размерами 20 х 20 х 30 мм, взвешивая их без бюкс на технических весах с точностью до 0,01 г. После начального взвешивания образцы помещают в сушильный шкаф, в котором они находятся до тех пор, пока по результатам двух последних контрольных взвешиваний (разница должна быть не более 0,02 г) не будет установлено достижение постоянной массы (т0). Влажность образца вычисляют по формуле (3.3).
4 Описанный простой и надежный метод определения влажности путем высушивания нашел широкое применение. Значительно реже для древесины используется другой прямой метод, основанный на отгонке воды с парами толуола.
Основной недостаток прямых методов заключается в том, что продолжительность процедуры очень велика. Этого недостатка лишены косвенные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине.
Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. У таких приборов иголки датчика вдавливают через боковую поверхность доски (заготовки) в древесину на глубину 10 мм. В современных приборах вводят данные о породе, а также температуре воздуха и сразу считывают значения влажности древесины в процентах. Абсолютная погрешность измерения влажности древесины в области ниже 30 % составляет ±1,5 %, а в области более 30 % погрешность значительно выше. Методом высушивания влажность измеряется более точно, чем с помощью электровлагомеров. Последние дают значения влажности древесины только в месте введения игольчатых контактов. При неравномерном распределении влажности по объему доски или заготовки это может быть причиной дополнительных погрешностей в оценке общей влажности пиломатериала.
В растущем дереве у хвойных пород влажность заболони в 3... 4 раза выше влажности ядра и спелой древесины. Так, у сосны и ели из Ленинградской области среднегодовая влажность заболони оказалась соответственно 112 и 122 %, влажность ядра и спелой древесины — 33 и 38 %. В пределах ядра (спелой древесины) влажность сосны, ели и лиственницы из Восточной Сибири распределена равномерно. В то же время у пихты и кедра влажность
56
центральной зоны спелой древесины или ядра намного выше, чем периферической.
У лиственных пород, как ядровых (дуб, ясень, вяз, ильм), так и безъядровых (береза, осина, липа), распределение влажности по сечению ствола более или менее равномерно. Влажность ядровой древесины у некоторых лиственных пород (дуб, вяз и др.) может быть значительно выше, чем у хвойных. Она достигает 70...80 %, а иногда и больше.
Влажность коры в свежесрубленном состоянии, по данным Центрального научно-исследовательского института механизации и электрификации лесной промышленности (ЦНИИМЭ), в среднем составила: для сосны 120 %, для ели 112 %, для березы 58 %.
По высоте ствола влажность заболони в хвойных породах увеличивается в направлении от комля к вершине, а влажность ядра остается практически без изменения. В стволах ядровых лиственных пород (дуб, ясень, вяз) влажность ядра вверх по стволу слегка понижается, а влажность заболони почти не изменяется; у лиственных безъядровых пород (осина, липа) влажность увеличивается от комля к вершине. Влажность коры у сосны в нижней части ствола на 60...75 % меньше, чем в средней и вершинной. У ели и березы влажность коры по высоте ствола примерно одинакова.
У древесины сосны, ели, березы и осины, произрастающих в Ленинградской области, наибольшая влажность в растущем дереве наблюдалась зимой (ноябрь — февраль), а наименьшая летом (июль — август). Влажность заболони летом может быть на 25... 50 % ниже, чем зимой, а влажность ядра (спелой древесины) в течение года почти не изменяется.
Влажность древесины в стволах растущих деревьев подвержена и суточным колебаниям. Так, в заболони ели утром наблюдалась влажность 186%, в полдень 132%, а вечером 150%.
Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) вода находится в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, удаление ее (особенно адсорбционной фракции) затруднено и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая силами капиллярного взаимодействия, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Принято называть древесину влажной, если она содержит только связанную воду, и сырой, если она содержит кроме связанной и свободную воду.
Максимальное количество связанной воды в клеточных стенках соответствует пределу их насыщения или пределу гигроскопичности. Раньше в древесиноведческой литературе эти понятия
57
отождествляли. Однако, как показали исследования, проведенные П. С. Серговским и Я. Н. Станко (МЛТИ), области применения этих терминов должны быть различными.
Предел насыщения клеточных стенок №пм — это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при увлажнении древесины в воде; характеризуется равновесием влажности клеточных стенок с водой, находящейся в полостях клеток у сырой древесины.
Этот показатель, %, можно определить по формуле
1	1 I
—- — PB1QO, Рб Ро,
и/ = п.н
(3.5)
где рб и ро — соответственно базисная плотность древесины и плотность абсолютно сухой древесины, г/см3 (см. п. 3.3); рв — плотность связанной воды, г/см3.
Расчеты, выполненные автором по этой формуле на основе экспериментально полученной в МЛТИ В. П. Галкиным и Э. Б. Щедриной степенной зависимости между разбуханием и плотностью древесины (эта зависимость необходима для определения рб), показали, что с увеличением плотности предел насыщения клеточных стенок №п н значительно снижается. Это вызвано тем, что уменьшается площадь поверхности клеточных стенок, в углублениях которых удерживается микрокапиллярная вода. Следовательно, уменьшается количество связанной воды, характеризующее Wn „. Использование данных, приведенных в табл. 3.2 (см. далее), показывает, что среди наиболее распространенных пород 1КП.Н колеблется от 38 % (пихта) до 24 % (граб). При изменении плотности в большем диапазоне (100... 1100 кг/м3) среди 117 зарубежных пород величина 1УП Н находится в пределах 53 ...22 % (Т. В. Галкина, МГУЛ).
При инженерных расчетах используют среднюю величину lKn.H (30 %). Такое значение может быть принято для древесины пород, произрастающих в умеренном климатическом поясе. Точные значения 1ГП1[ для древесины каждой из отечественных пород пред-
стоит еще определить.
Предел гигроскопичности — это максимальная влажность клеточных стенок, достигаемая при поглощении влаги из воздуха; характеризуется отсутствием воды в полостях клеток и равновесием влажности клеточных стенок и воздуха, приближающегося к насыщенному состоянию. Этот показатель может быть определен прямым экспериментом по ГОСТ 16483.32—77, предусматривающим выдерживание стружек в воздухе при его относительной влажности ф = 0,995. Предел гигроскопичности, по исследованиям Б. С. Чудинова (ИЛД), как и предел насыщения клеточных стенок, увеличивается с уменьшением плотности древесины, когда возрастает поверхность клеточных стенок с микроуглублениями, в которых происходит конденсация влаги из воз-
58
Рис. 3.2. Диаграмма равновесной влажности (по П. С. Серговскому)
духа. По данным О. Н. Полубояринова, на величину 1ГП г оказывает влияние и химический состав древесины.
При комнатной температуре можно принять, что предел насыщения клеточных стенок практически равен пределу гигроскопичности. Изменение температуры почти не оказывает влияния на величину W„ н, а предел гигроскопичности с повышением температуры заметно снижается и, например, при 100 °C составляет не 30%, а 19-20%.
Древесина достигает устойчивой влажности при длительном выдерживании ее в воздухе с постоянными температурой и относительной влажностью (степенью насыщенности влагой) <р.
Если при выдерживании древесина поглощает влагу из воздуха (сорбция), то ее устойчивая влажность меньше той, которая достигается в том случае, когда древесина отдает влагу (десорбция). Среднее значение между этими устойчивыми влажностями называется равновесной влажностью древесины Wp, а разница между ними — гистерезисом сорбции. Измельченная древесина (опилки, стружки) имеет небольшой гистерезис сорбции и при любой начальной влажности в процессе выдерживания достигает устойчивой влажности, практически равной Wp. По таким экспериментальным данным построена диаграмма, отражающая связи между равновесной влажностью древесины любой породы и состоянием воздуха (рис. 3.2).
Пример. Определить равновесную влажность измельченной древесины при температуре 20 °C и относительной влажности воздуха 60 % (<р = 0,6). На диаграмме (см. рис. 3.2) соответствующие вертикальная и горизон
59
тальная прямые пересекаются в точке, расположенной между двумя наклонными кривыми Wp= 11 % и Wp = 12 %. Отсчитывая на глаз десятые доли процента, находим, что эта точка соответствует равновесной влажности Wp = 11,2 %.
У крупных образцов (толщиной более 15 мм и длиной более 100 мм) из-за гистерезиса сорбции устойчивая влажность древесины, не подвергавшейся воздействию слишком высокой температуры (более 50...60°C), может отличаться от равновесной примерно на ±1,3 %.
При испытаниях с целью определения показателей физикомеханических свойств древесины ее кондиционируют, приводя к нормализованной влажности. Это равновесная влажность древесины, соответствующая /=(20 ±2) °C и <р = (65± 5) %, в среднем равна 12 %.
На практике по степени влажности различают: мокрую древесину, длительное время находившуюся в воде (W> 100 %), свежую (свежесрубленную) древесину, сохранившую влажность растущего дерева (1К=50... 100%), древесину атмосферной сушки (воздушно-сухую), высушенную и выдержанную на открытом воздухе (W= 15...20%), древесину камерной сушки (комнатно-сухую), высушенную в камере или выдержанную в отапливаемом помещении (1К= 8... 12 %), и абсолютно сухую, высушенную при температуре (103 ± 2) °C (W= 0 %).
В деревообработке обычно используют древесину атмосферной или камерной сушки. Переход от свежесрубленного состояния к двум последующим совершается в результате высыхания древесины.
Высыхание древесины. При высыхании внутренняя зона сортимента (доски, бруса, бревна) имеет большую влажность, чем периферические зоны. Тангенс угла наклона кривой, отражающей распределение влажности по толщине, ширине или длине сортимента, называется градиентом влажности.
При влажности ниже lFn H скорость передвижения связанной воды пропорциональна градиенту влажности и коэффициенту влагопроводности. Влагопроводность определяет способность древесины проводить связанную воду. Вода перемещается в древесине по системам макрокапилляров, заполненных воздухом, и микрокапилляров в клеточных стенках. По макрокапиллярам влага перемещается в виде пара, а по микрокапиллярам преимущественно в виде жидкости.
При влажности выше 1ЕП н градиент влажности, по исследованиям П. С. Серговского, не определяет скорость передвижения воды. Если древесина содержит свободную воду по всему объему сортимента, в ней возможно лишь передвижение свободной воды в виде жидкости под действием внешних сил (например, разности гидростатического или избыточного давления). В этом случае пере
60
движение свободной воды будет определяться водопровод-нос т ь ю (или капиллярной проницаемостью) древесины.
С уменьшением плотности древесины коэффициент влагопро-водности возрастает. У сосны при температуре 20 °C коэффициент влагопроводности поперек волокон равен 2,5 • 10“10 м2/с, а у лиственницы — 1 • 10~10 м2/с. Меньшая влагопроводность ядровой (спелой) древесины по сравнению с заболонной при одинаковой плотности объясняется разной проницаемостью клеточных стенок.
В радиальном направлении влагопроводность несколько больше, чем в тангенциальном. У пород с широкими лучами (бук, дуб) отношение коэффициентов влагопроводности в указанных направлениях составляет соответственно 1,7 и 1,5, а у сосны с очень узкими лучами — только 1,15.
Коэффициент влагопроводности древесины вдоль волокон в 15...20 раз больше, чем в тангенциальном направлении поперек волокон.
Влагопроводность значительно увеличивается при повышении температуры вследствие возрастания коэффициента диффузии пара и снижения вязкости воды.
Среди промышленных способов сушки наибольшее распространение имеют атмосферная и камерная. При атмосферной сушке пиломатериалов в штабелях на открытом воздухе продолжительность сушки исчисляется месяцами. В камерах при повышенной температуре пиломатериалы можно высушить до более низкой влажности и значительно быстрее. Продолжительность сушки досок толщиной 40 мм влажностью 60 % до влажности 12 % составляет 3...4 сут.
Усушка. Уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной воды называется усушкой. Усушку вызывает удаление адсорбционной воды, находящейся внутри клеточной стенки между микрофибриллами. Однако одновременно с адсорбционной водой происходит исцарение микрокапил-лярной воды, поэтому усушка наблюдается при любой температуре сразу же после снижения влажности за предел насыщения клеточных стенок. Вначале удаляется преимущественно микрока-пиллярная вода и сравнительно небольшое количество адсорбционной воды, поэтому усушка происходит довольно медленно. После удаления всей микрокапиллярной воды наблюдается значительно более интенсивная усушка.
Поскольку микрофибриллы в основном ориентированы по направлению продольной оси клетки, удаление адсорбционной воды приводит к уменьшению толщины клеточных Стенок и поперечных размеров клетки. Анатомические элементы вытянуты преимущественно вдоль оси ствола, поэтому продольная усушка древесины в десятки раз меньше, чем поперечная.
61
Усушка прямо, но, как показали работы МЛТИ, нелинейно зависит от плотности древесины: чем больше масса клеточных стенок в единице объема древесины, тем больше в ней адсорбционной воды и тем выше усушка. Следовательно, более плотные поздние зоны годичных слоев древесины усыхают больше, чем ранние.
В тангенциальном направлении величина усушки древесины зависит в основном от усушки поздних зон, которые при высыхании стягивают ранние зоны (рис. 3.3). По радиальному направлению усушка древесины является средневзвешенной между усуш-ками ранних и поздних зон. Таким образом, радиальная усушка древесины должна быть значительно меньше тангенциальной. Кроме того, продольная усушка сердцевинных лучей с паренхимными клетками, микрофибриллы которых ориентированы преимущественно вдоль луча, по крайней мере в 2 раза меньше поперечной. Сердцевинные лучи сдерживают усушку древесины в радиальном направлении (см. рис. 3.3).
Под полной, или максимальной, усушкой ртах понимают уменьшение линейных размеров или объема древесины при удалении всего количества связанной воды.
Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид
gmin ЮО,	(3.6)
^max
где omax и <3min — размер, мм, или объем, мм3, образца соответственно при влажности равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно сухом состоянии.
Таким образом, полная усушка наблюдается при снижении влажности древесины от 30 % до 0.
Определение полной линейной и объемной усушки проводят согласно ГОСТ 16483.35 — 88 на образцах с основанием 20 х 20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм. Годичные слои на торце образца должны быть параллельны соответствующей паре граней, а влажность образцов — выше или равна пределу насыщения клеточных стенок. При меньшей влажности образцы доводят до этого состояния, вымачивая их в воде при температуре (20 ±5) °C. Максимальный размер отах измеряют по серединам радиальных и тангенциальных поверхностей, а для определения объема измерение
Рис. 3.3. Схема взаимного расположения элементов макроструктуры древесины, влияющих на тангенциальную и радиальную усушку поперек волокон:
1, 2 — поздние и ранние зоны годичных слоев; 3 — сердцевинный луч; t — тангенциальное направление; г — радиальное направление
62
выполняют между торцами с погрешностью не более 0,01 мм. Определение усушки вдоль волокон ввиду ее малости стандартом не предусматривается.
Далее образцы, предварительно подсушенные в течение 2 сут, во избежание растрескивания досушивают до постоянных размеров, постепенно поднимая температуру в сушильном шкафу до (103 ± 2) °C. После извлечения из сушильного шкафа и охлаждения в эксикаторах измеряют новые размеры образца tzmin и вычисляют по формуле (3.6) линейную радиальную Prmax или тангенциальную Prmax усушку, а также усушку вдоль волокон Ра max- Результат округляют до 0,1 %.
Объемную усушку P|/maX определяют, подставляя в формулу вместо <7тах и Отт произведение поперечных и продольного размеров образца или объем, измеренный ртутным объемомером, при W > Wn н и в абсолютно сухом состоянии.
Полная усушка древесины наиболее распространенных отечественных лесных пород в тангенциальном направлении составляет 8... 10%, в радиальном направлении 3...7%, а вдоль волокон 0,1... 0,3 %. Полная объемная усушка находится в пределах 11... 17 %. Для расчетов влажностной деформации необходимо располагать коэффициентом усушки, определяющим величину усушки при снижении содержания связанной воды в древесине на 1 %. Коэффициент усушки А'р (в % на 1 % влажности древесины) вычисляют по формуле
Кр=^.	(3.7)
"ПЛ По стандарту принято, что усушка пропорциональна падению влажности, а 1ЙПН = 30 %.
Пример 1. Размеры образца при пределе насыщения клеточных стенок (И^ н) были: в радиальном направлении 20,15 мм, в тангенциальном 20,08 мм. После высушивания до абсолютно сухого состояния размеры стали: в радиальном направлении 19,30 мм, в тангенциальном 18,53 мм. Определить полную усушку в указанных направлениях.
Подставляя размеры в формулу (3.6), получим следующие результаты.
Полная усушка в радиальном направлении
Prmax -
2o’15-19’3oioo 20,15
-^-100 = 4,2%.
20,15
Полная усушка в тангенциальном направлении
Pfmax _
2О’О871У31Оо
20,08
1,55
20,08
100 = 7,7%.
Пример 2. Определить значения коэффициентов усушки для результатов, полученных в первом примере.
Используя формулу (3.7), находим:
63
коэффициент усушки в радиальном направлении (в % на 1 % влажности):
К(1Г = 4,2/30 = 0,14;
коэффициент усушки в тангенциальном направлении
Хр, = 7,7/30 = 0,26.
Кроме того, предусматривается возможность определения частичной усушки при высыхании древесины до нормализованной влажности, равной обычно 12%. Формула для вычисления этой частичной усушки (в %) имеет вид
(3-8)
Р12 = ^ах 012 100;
Отах где о12 — размер, мм, или объем, мм3, образца при нормализованной влажности.
При необходимости по формуле, аналогичной (3.8), можно определить частичную усушку рц/ при снижении влажности до любого значения W < Wn н, измерив размер (объем) образца aw.
Об усушке древесины наиболее распространенных пород можно судить по данным, приведенным в табл. 3.1.
Коэффициент усушки можно вычислить по коэффициенту разбухания Ка (принимая Жп н - 30 %) по формуле
100Ка ₽ 100 + 30Ка’
поэтому в табл. 3.1 наряду с коэффициентами разбухания Ка из таблицы рекомендуемых справочных данных [1] даны пересчитан-
Таблица 3.1
Коэффициенты усушки Кри разбухания древесины, %/% влажности
(3.9)
Порода	По объему		По радиальному направлению		По тангенциальному направлению	
		Ка	Ар	Ка		Ка
Лиственница	0,52	0,60	0,19	0,20	0,35	0,38
Сосна	0,44	0,51	0,17	0,18	0,28	0,31
Ель	0,43	0,50	0,16	0,17	0,28	0,31
Пихта сибирская	0,39	0,44	0,11	0,11	0,28	0,31
Кедр	0,37	0,41	0,12	0,12	0,25	0,27
Береза	0,54	0,65	0,27	0,29	0,31	0,34
Бук	0,48	0,56	0,18	0,19	0,32	0,35
Ясень	0,45	0,52	0,18	0,19	0,28	0,31
Дуб	0,43	0,50	0,18	0,19	0,27	0,29
Осина	0,41	0,47	0,14	0,15	0,28	0,30
Клен	0,46	0,54	0,19	0,20	0,29	0,32
64
ные по формуле (3.9) средние значения коэффициентов усушки Ар. Это сильно изменчивые величины. Коэффициент вариации для этих показателей поперек волокон равен 28% [1].
Если известны коэффициенты радиальной К^г и тангенциальной Ар, усушки, то, принимая 1КП.Н - 30 % и пренебрегая усушкой вдоль волокон, можно достаточно точно определить коэффициент объемной усушки Ар,/ по формуле
АрК = АРг + Ар, - О,ЗАр,Ар,.	(3.10)
Усушку в промежуточном направлении между радиальным и тангенциальным можно найти по формуле
Ре = P/Sin20 + Р, cos2 0,	(З.П)
где 0 — угол между направлением измерения и радиальным направлением.
В зарубежных руководствах приводятся данные о величине усушки древесины при снижении влажности с 20 до 5 %. В случае использования этих данных для расчета усушки при меньшем падении влажности следует принимать другой коэффициент усушки [17], который отличается от стандартного Ар, вычисленного по формуле (3.7), так как усушка имеет нелинейную зависимость от влажности и не всегда начинается от W= 30 %.
От усушки следует отличать сморщивание древесины (коллапс), которое происходит у нагретой древесины вследствие удаления свободной воды при влажности W > Wn H. По исследованиям Т. К.Курьяновой, у дуба при температуре около 70... 80 °C сильно сморщиваются желатинозные волокна и древесинная паренхима. Встречается коллапс и у других лиственных пород (маньчжурский ясень и др.).
По данным Е.А. Пинчевской, коллапс существенно увеличивает усадку по толщине доски и почти не оказывает влияния на усадку ее по ширине.
Усушку древесины учитывают при распиловке бревен на доски (припуски на усадку), сушке пиломатериалов, шпона и т.д.
Внутренние напряжения в древесине. Полные сушильные напряжения в древесине удобно рассматривать как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений. Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски — сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. В основном они образуются из-за перерождения части упругих деформаций в «замороженные» остаточные вследствие увеличения жесткости нагруженной древесины при сушке (см. п. 4.6). Остаточные напряжения в отличие от влажност
3 Уголев
65
ных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после ее полного завершения.
Знаки влажностных и остаточных напряжений противоположны, и результирующие полные напряжения представляют собой алгебраическую сумму. В первый период сушки влажностные напряжения больше остаточных и полные напряжения проявляются как растягивающие у поверхности доски и как сжимающие — внутри. Во второй период остаточные напряжения превышают влажностные и результирующие напряжения меняют знак.
Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, появляются трещины. Так образуются поверхностные трещины (рис. 3.4, а, б) в начале сушки и внутренние трещины (свищи) (рис. 3.4, в) в конце сушки. Эти наружные и внутренние трещины обычно имеют радиальное направление, так как разрыв тканей происходит вдоль сердцевинных лучей вследствие сравнительно слабой связи между древесинными волокнами и сердцевинными лучами. Растрескивание бревен и крупных брусьев происходит из-за напряжений, обусловленных различием тангенциальной и радиальной усушек.
Внутренние напряжения, сохраняющиеся в высушенном материале (остаточные напряжения), могут быть причиной изменения заданной формы деталей при механической обработке древесины.
Из-за внутренних напряжений усадка поверхностных и внутренних зон доски (т. е. фактическое уменьшение размеров) отличается от их свободной усушки.
Внутренние напряжения в древесине могут быть легко обнаружены при помощи силовых секций. Для этого из доски выпиливают секцию, два размера которой определяются сечением сортимента, а третий размер (по длине волокон) равен 10... 15 мм. Из секции изготовляют двузубую вилку согласно рис. 3.4, г. Зубцы сразу же после ее изготовления могут изогнуться наружу, вовнутрь или остаться прямыми, что свидетельствует соответственно о наличии растягивающих, сжимающих напряжений или отсутствии их в поверхностных зонах.
Рис. 3.4. Растрескивание древесины и силовые секции:
а — наружные трещины в бревне; б — то же, в доске; в — внутренние трещины; г — силовые секции
66
Количественная характеристика внутренних напряжений может быть дана с помощью метода, разработанного автором для измерения остаточных напряжений в древесине с выровненной влажностью. По этому стандартизованному методу (ГОСТ 11603 — 73) из доски выпиливают рядом две секции толщиной (по волокну) 15 мм. После выравнивания влажности одну из секций раскалывают параллельно ее длине на слои толщиной 4 мм. Измерением длины этих слоев до и после раскроя определяют изменение их размеров и находят относительную деформацию е каждого слоя. Вторую секцию распиливают на образцы толщиной 8... 10 мм, которые служат для определения модуля упругости Е при статическом изгибе. Средние напряжения для каждого слоя, МПа, вычисляют по формуле
о = £е.	(3.12)
По полученным данным строят кривую распределения — эпюру напряжений по толщине доски (рис. 3.5).
Остаточные напряжения после камерной сушки значительно выше, чем после атмосферной. В лиственных пиломатериалах остаточные напряжения больше, чем в хвойных. Так, в сосновых досках сжимающие остаточные напряжения в поверхностных слоях достигали 4,4 МПа, а растягивающие во внутренней зоне — 1,7 МПа, в то время как в буковых досках сжимающие напряжения равнялись 7,2 МПа.
С некоторыми усложнениями описанный метод может быть
применен для измерения полных внутренних напряжений в древесине в процессе атмосферной сушки или при камерной сушке и использовании охлажденных секций [25].
Внутренние напряжения могут появляться в древесине не только при сушке, но и при пропитке ее жидкостями, а также в процессе роста дерева.
Коробление древесины. Изменение заданной формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и хранении называется короблением. Поперечная поко-робленность зависит от различий в радиальной и тангенциальной усушке. Форма поперечного сечения покороблен
Рис. 3.5. Эпюра остаточных напряжений в сосновой доске после сушки
67
ных досок показана на рис. 3.6, а—г. Ориентация наружной пласти доски ближе к чисто тангенциальному направлению, а внутренней — к радиальному, поэтому сечение досок принимает желобчатую форму (см. рис. 3.6, а). Покоробленность досок из данного бревна тем больше, чем ближе к сердцевине расположена доска. На рис. 3.6, б, в, г показаны и другие виды поперечной покороб-ленности.
Продольная покоробленность возникает из-за различий в усушке по длине волокон. Покоробленность по кромке (рис. 3.6, д) и пласти (рис. 3.6, е) встречается, например, у досок, включающих участки Креневой (порок древесины) или примыкающей к сердцевине молодой (ювенильной) древесины, которые обладают большей усушкой вдоль волокон, чем нормальная древесина. Крыловатость (рис. 3.6, ж) появляется у древесины с наклоном волокон (порок строения).
Временное поперечное коробление происходит из-за неравномерного высыхания досок. Вогнутость пластей досок может также возникать из-за коллапса. В высушенном материале из-за нарушения равновесия остаточных напряжений происходит коробление при несимметричном строгании (фрезеровании) досок или их ребровом делении.
Рис. 3.6. Виды покоробленности:
а — желобчатая; б — трапециевидная; в — ромбовидная; г — овальная; д — по кромке; е — по пласти; ж — крыловатость
68
Коробление досок может наблюдаться и при распиловке сырых бревен из-за напряжений, имеющихся в растущем дереве. Иногда причиной коробления досок является неправильная укладка их в штабеля при атмосферной и камерной сушке, увлажнение при хранении и др. При сушке коробление досок можно уменьшить путем приложения внешних усилий (от веса вышележащих частей штабеля или при помощи специальных прижимов).
Коробление относится к порокам древесины (см. также п. 6.6). Оно вызывает существенные технологические и эксплуатационные трудности при использовании древесины.
Влагопоглощение. Способность древесины вследствие ее гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха называется влагопоглощением. При влагопоглощении внутри клеточных стенок образуется адсорбционная вода, находящаяся в пленочном состоянии. Адсорбционная вода отличается от обычной воды; она похожа по упругим свойствам на твердое тело, неэлектропроводна, по диэлектрической проницаемости близка к древесине, а по теплоемкости ко льду. Кроме явления адсорбции происходит также конденсация паров воды в микроуглублениях на поверхности клеточной стенки, и образуется м и-крокапиллярная вода.
Влагопоглощение практически не зависит от породы; у ядра и заболони оно примерно одинаково. По сорбционной способности кора мало отличается от древесины. Влажность измельченной древесины, которая может быть достигнута в процессе влагопогло-щения при разной температуре, определяется по диаграмме, показанной на рис. 3.2.
Испытания древесины на влагопоглощение согласно ГОСТ 16483.19—72 проводят на образцах с размером основания 20 * 20 мм и высотой вдоль волокон 10 мм. Образцы высушивают в бюксах до абсолютно сухого состояния и помещают в эксикатор над насыщенным раствором соды, что обеспечивает относительную влажность воздуха (р = 92 %. Образцы периодически извлекают для взвешивания с точностью до 0,001 г через 1, 2, 3, 6, 9, 13, 20 сут и далее через каждые 10 сут. Минимальная продолжительность выдержки 30 сут. Испытание заканчивают, когда разность между двумя последними взвешиваниями окажется не более 0,002 г. По результатам взвешивания определяют текущую влажность образца и строят график «влажность древесины — время выдержки». Этот график, на котором влажность возрастает с убывающей скоростью, а также максимальная влажность древесины служат характеристикой влагопоглощения древесины.
Способность к поглощению влаги является отрицательным свойством древесины. Сухая древесина, помещенная в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает ее физико-механические характеристики, снижает биостойкость и т.д. Создаваемые
69
на поверхности деталей и изделий из древесины декоративные покрытия из лакокрасочных и пленочных материалов выполняют также влагозащитные функции. Однако более радикальным средством уменьшения гигроскопичности древесины является ее модификация путем пропитки искусственными смолами.
Разбухание. Повышение содержания связанной воды в древесине при ее выдерживании во влажном воздухе или воде сопровождается увеличением линейных размеров и объема древесины — разбуханием. Таким образом, разбухание древесины — свойство, обратное усушке, подчиняющееся в основном тем же закономерностям.
Полное разбухание, %, вычисляют, округляя результат до 0,1 %, по формуле
«max = amaX~Cmin100,	(3.13)
^min
где omax и Gmin — размер, мм, или объем, мм3, образца соответственно при влажности равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно сухом состоянии.
Коэффициент разбухания на 1 % процент влажности вычисляют, округляя результат до 0,01 %, по формуле
(3-14) п.н
где И'п н — предел насыщения клеточных стенок, равный в среднем 30%.
Полное линейное и объемное разбухание определяют согласно ГОСТ 16483.37—88, используя образцы, оборудование и процедуру (в иной последовательности), применяемые для определения усушки, однако способы вычисления показателей другие.
Можно определить частичное разбухание древесины при увлажнении до нормализованной влажности (12 %). В этом случае разбухание, %, вычисляют по формуле
а12 = 012 ~ °min 100,	(3.15)
^min
где g12 — размер, мм, или объем, мм3, образца при нормализованной влажности.
При необходимости по формуле (3.15) можно вычислить частичное разбухание в случае повышения влажности до любого другого значения.
Средние значения коэффициентов разбухания древесины основных пород в радиальном и тангенциальном направлениях, а также по объему приведены выше в табл. 3.1. Коэффициенты объем
70
ного разбухания можно определить по формуле, аналогичной (3.10), но только со знаком «+» перед последним членом.
Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперек волокон, а наименьшее — вдоль волокон.
При закреплении разбухающих деталей из древесины (например, клепки в бочке) будет возникать давление разбухания, которое зависит от породы, части ствола, направления и, по данным Ю. М. Иванова, составляет 0,8... 3,2 МПа. Давление разбухания для древесины ядра больше, чем для заболони; давление при тангенциальном разбухании для древесины хвойных пород и дуба почти в 2 раза больше, чем при радиальном разбухании.
Разбухание древесины прямо зависит от диэлектрической постоянной жидкости, поэтому, например, керосин почти совершенно не вызывает разбухания. Разбухание — отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, судах и т.д.).
Водопоглощение. У погруженной в воду древесины вследствие пористого строения увеличивается влажность. Максимальная влажность ее в этом случае определяется суммой наибольшего количества связанной воды (предела насыщения клеточных стенок) и количества свободной воды, которое зависит от объема пустот в древесине. Поэтому чем больше плотность древесины, тем меньше ее максимальная влажность.
Максимальная влажность, %, может быть определена по формуле
^тах = ^п.н +^-В-~Р0)Рв 100,	(3.16)
Рд.вРо
где Жпн — предел насыщения клеточных стенок, %; рдв — плотность древесинного вещества, г/см3; р0 — плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, г/см3; рв — плотность воды, г/см3.
Если не известно значение Жп н, то максимальную влажность, %, можно вычислить по другой формуле:
^тах=-(РдВ~Рб)РвЮ0,	(3.17)
Рд.вРб
где Рб — базисная плотность древесины, г/см3 (см. п. 3.3).
Расчетные значения 1Ртах для отечественных пород находятся в диапазоне 100... 270 %. Они несколько выше найденных экспериментально, так как не все пустоты внутри древесины заполняются водой из-за наличия смолы, закупорки сосудов тиллами и т.д.
Чем крупнее образцы, тем медленнее процесс водопоглоще-ния. Образцы с развитой торцовой поверхностью поглощают воду
71
достаточно быстро. Этот процесс ускоряется с повышением температуры. Количество поглощенной воды зависит от породы древесины, начальной влажности образца. Заболонь поглощает больше воды, чем ядро.
Способность древесины к водопоглощению устанавливается согласно ГОСТ 16483.20—72. Образцы с размером основания 20x20 мм и высотой вдоль волокон 10 мм высушивают до абсолютно сухого состояния, затем помещают их в эксикатор с дистиллированной водой и выдерживают при температуре (20 ±2) °C. Периодически образцы вынимают из воды, осушают их поверхность фильтровальной бумагой и взвешивают. Первое взвешивание проводят через 2 ч, затем через 1, 2, 3, 6, 9, 13, 20 сут после первоначального погружения, а далее через каждые 10 сут. Опыт заканчивают, когда разница между двумя последовательными взвешиваниями окажется менее 0,05 г.
По результатам испытания строят график «влажность — время выдержки». За показатель водопоглощения принимают влажность, достигнутую после выдержки в течение 30 сут.
Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости имеет значение в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке растворами антисептиков и антипиренов, при сплаве лесоматериалов и в ряде других случаев.
3.3.	Плотность
Плотность представляет собой массу единицы объема материала и имеет размерность кг/м3 или г/см3.
Плотность древесинного вещества, г/см3, т.е. плотность материала клеточных стенок,
Рдв=^>	(3-18)
' д.в
где тдв и Улв — соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества.
Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.
Плотность абсолютно сухой древесины, г/см3 или кг/м3,
Ро=>,	(3.19)
И)
где т0 и Ко — соответственно масса, г или кг, и объем, см3 или м3, древесины при W-0%.
Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как она включает пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).
72
Плотность влажной и сырой древесины, г/см3 или кг/м3,
n _mw vw
(3.20)
где mw и Vw — соответственно масса, г или кг, и объем, см3 или м3, древесины при одной и той же некоторой влажности W. Зависимости между р^и р(1 имеют следующий вид:
100 + Ж
PfF Р° KaW +100
при Ж < 30%;
100 + 1F
Р"=Ро^ЗО + 1ОО п₽и^30%-
(3.21)
(3.22)
До наступления предела насыщения клеточных стенок плотность древесины изменяется мало, а при дальнейшем увлажнении резко возрастает.
Плотность древесины при нормализованной влажности р12 представляет собой отношение массы образца при влажности, равной 12 %, к его объему при той же влажности.
Парциальная плотность древесины, г/см3 или кг/м3, характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объема влажной древесины:
Р^=^Л>	(3.23)
ПТ
где т0 — масса абсолютно сухой древесины, г или кг; —
объем, см3 или м3, древесины при данной влажности Ж
Зная плотность древесины рц/при данной влажности W, можно определить р'^ по формуле
,	100
’’“'‘’"'йоТТг
(3.24)
Базисная плотность древесины рб, г/см3 или кг/м3, представляет собой отношение массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок:
рб=-^-	(3-25)
'max
Раньше это отношение называли условной плотностью древесины русл, подчеркивая кажущуюся искусственность этой характеристики. На самом деле показатель рб имеет вполне определенный физический смысл, характеризуя массу древесинного вещества в единице объема свежесрубленной или максимально разбухшей дре
73
весины. Показатель рб представляет собой минимальную парциальную плотность древесины и не зависит от влажности.
Вследствие базисного характера показателя рб он широко используется для расчетов процессов нагревания, сушки, пропитки древесины, определения содержания сухого вещества в древесном сырье для целлюлозно-бумажной промышленности и других целей.
Экспериментально плотность древесины согласно ГОСТ 16483.1—84 и СТ СЭВ 388—76 определяют на образцах, имеющих вид прямоугольной призмы с размером основания 20x 20 мм и высотой вдоль волокон 30 мм. Образец должен включать не менее пяти годичных слоев. При очень широких слоях (более 4 мм) следует увеличить размеры основания образца, сохранив его квадратным. Образцы предварительно выдерживают до влажности (12± 1) %.
На каждом образце можно определить следующие показатели: плотность древесины при влажности в момент испытаний р^; плотность абсолютно сухой древесины р0; парциальную плотность р^; базисную плотность древесины рб. При этом целесообразно осуществлять процедуру испытаний в следующем порядке. Вначале измеряют фактические размеры поперечного сечения и высоту по осям симметрии образцов с точностью до 0,1 мм. Произведение полученных данных равняется объему образца Vw, который выражают в кубических метрах. Взвешиванием образцов с погрешностью до 0,01 г определяют массу тщ и выражают ее в килограммах.
Далее образцы увлажняют в дистиллированной воде при температуре 10...20°C до тех пор, пока разница в размерах образца при измерении их с интервалом в 3 сут окажется менее 0,1 мм. По новым размерам образца определяют Утах, выражая его в кубических метрах. Затем образцы высушивают до абсолютно сухого состояния, взвешивают с точностью до 0,01 г и выражают массу т0 в килограммах. Немедленно вслед за взвешиванием образцов измеряют их размеры и вычисляют объем Ио в кубических метрах.
По полученным в процессе испытаний значениям mw и Vw, используя формулу (3.20), вычисляют плотность рил, округляя результат до 5 кг/м3.
Влажность W определяют с погрешностью до 1 % по mw и пъ, используя формулу (3.3). Плотность абсолютно сухой древесины, парциальную и базисную плотность вычисляют по найденным значениям /Ио, К), Vw и Р'тахэ используя соответственно формулы (3.19), (3.23) и (3.25).
Пример. Определить показатели плотности древесины сосны, если образец при влажности 15% имел размеры 20,1х19,9х30,2 мм и массу /я15 = 6,16 г, в абсолютно сухом состоянии — размеры 19,2х 19,4x30,2 мм
74
и массу т0 = 5,37 г, а после вымачивания — максимальные размеры 21x20,4x30,2 мм.
Плотность древесины при влажности 15 %
6’161°6	/ з
Р15 =------------- ~ 510 кг/м3.
20,1-19,9-30,2
Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии
5,37-Ю6	„„„	, з
Ро =--------------= 480 кг/м3.
19,2 -19,4 -30,2
Парциальная плотность древесины при IV= 15 %
5,37-Ю6 лл. , 3 р|5 =-------------- 445 кг/м .
20,1-19,9-30,2
Базисная плотность древесины
5,37-Ю6	л1.	, з
р6 =------------= 415 кг/м3.
21-20,4-30,2
Плотность древесины по образцам произвольной формы можно определять, используя для измерения объема (с соблюдением необходимых правил безопасности) ртутные объемомеры. Действие этих приборов основано на определении объема не смачивающей образец жидкости (ртути), вытесненной погруженным в нее образцом.
Базисную плотность древесины по сырым образцам неправильной формы (стружка, щепа, цилиндрические пробы из древесины растущего дерева) можно определять, измеряя их объем следующим способом [16]. Образец погружают в воду и с помощью весов измеряют нагрузку для преодоления выталкивающей силы. Принимая плотность воды за единицу, считают объем образца численно равным измеренной выталкивающей силе.
В справочниках приводят значения плотности при нормализованной (стандартной) влажности. До 1970 г. стандартной влажностью принято было считать 15 %, однако теперь показатели физикомеханических свойств древесины определяются при влажности 12 % или пересчитываются на эту новую стандартную влажность.
Плотность древесины в зависимости от породы изменяется в очень широких пределах. Древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская из Восточной Сибири (345), ива белая (415), а наиболее плотную — самшит (960), береза железная (970), саксаул (1040), ядро фисташки (1100). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).
По плотности древесины при 12 %-ной влажности породы можно разделить на три группы: с малой (р12< 540), средней (550<р12<740) и высокой (р12>750) плотностью древесины. Диа-
75
Таблица 3.2
Средние значения плотности древесины, кг/м3
Порода	Р12	Ро	Рв	Порода	Р12	Ро	Ро
Лиственница Сосна обыкновенная	665 505	635 480	540 415	Ясень обыкновенный Бук	680 680	650 650	560 560
Ель	445	420	365	Вяз	650	620	535
Кедр (сосна кедровая)	435	405	360	Береза Орех грецкий	640 590	620 560	520 490
Пихта сибирская	375	350	310	Ольха '	525	495	430
Граб	795	760	640	Осина	495	465	400
Акация белая	800	770	650	Липа	495	470	410
Груша	710	670	585	Тополь	455	425	375
Дуб Клен	690 690	655 655	570 570	Ива	455	425	380
пазон изменения плотности древесины иноземных пород шире: от 100... 130 (бальза) до 1300 (бакаут).
Средние значения плотности древесины наиболее распространенных пород приведены в табл. 3.2. В таблицах Государственной службы стандартных справочных данных ГСССД-69 —84 «Древесина. Показатели физико-механических свойств малых образцов без пороков» и в таблицах ГСССД-Р-237—87 (рекомендуемых справочных данных) [ 1] имеются более подробные сведения о плотности древесины разных видов распространенных и редких пород, а также усредненные данные. Следует учитывать, что приводи, вычисленные по сильно изменчивым величинам. Для оценки пределов их колебаний необходимо пользоваться статистическими характеристиками, приведенными в таблицах ГСССД и в справочнике [1].
По плотности древесины при нормализованной влажности можно определить ориентировочные значения других показателей плотности, применяя формулы, приведенные в табл. 3.3.
Располагая показателями плотности, можно определить в о з-духоемкость пористость 77, представляющие собой отношение заполненных воздухом пустот к объему соответственно влажной (или сырой) и абсолютно сухой древесины.
Воздухоемкость древесины, %,
Btv -
1	' I 1
1 ~ Pik ------+
. Рд.в
W 100рв
100,
(3.26)
где рв — плотность воды; W — влажность древесины, %.
76
Таблица 3.3
Формулы для определения различных показателей плотности древесины по ее плотности при нормализованной влажности
Плотность древесины	Формула при коэффициенте разбухания %/% влажности	
	0,6 (белая акация, береза, бук, граб, лиственница)	0,5 (остальные породы)
Абсолютно сухой Базисная Парциальная (при влажности W< 30 %) При влажности Ж 15% 0...30 % более 30 %	ро = О,957р|2 рб = 0,811р12 Ри'= 0,957р12х х 100/(100 + 0,61Г) Р15 = 1,0ЮР12 Pw = о,957р12х х(100+ 1Г)/(100 + 0,61У) Рцх — 0,811р12Х х(1+0,01ИО	ро = О,946р|2 Ре = 0,823р12 Рзт = 0,946р12х х 100/(100+ 0,5 Ж) Pis = 1>012Р12 Ри/ = 0,946р|2х х(100+ 1Г)/(100 + 0,5 W) Рц/ — 0,823р 12 х Х(1 +0,01 W)
Пористость древесины, %,
П = В0
1-_Ро_ 100. Рд.в ,
(3-27)
3.4.	Проницаемость древесины жидкостями и газами
Проницаемость характеризует способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением. При испытаниях используют из жидкостей воду, а из газов — воздух или азот. Водопроницаемость определяют по методу, разработанному В. А. Баженовым (ГОСТ 16483.15 — 72), устанавливая количество воды, см3, прошедшее в сутки через образец диаметром 47 мм и высотой 20 мм под действием гидростатического давления 0,01 МПа. Вдоль волокон водопроницаемость древесины значительно выше, чем поперек волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных. В радиальном направлении водопроницаемость намного больше, чем в тангенциальном. У хвойных пород это объясняется, по мнению В. Н. Ермолина [6], наличием лучевых трахеид. Заболонь имеет намного большую водопроницаемость, чем содержащее смолистые и другие экстрактивные вещества ядро (спелая древесина), которое у некоторых пород вообще не пропускает воду.
77
Газопроницаемость определяют на несколько переоборудованном приборе для испытания на водопроницаемость. Воздухопроницаемость древесины (объем воздуха, проходящего через единицу площади образца в единицу времени) вдоль волокон в десятки раз больше, чем поперек волокон. В радиальном направлении поперек волокон этот показатель больше, чем в тангенциальном направлении. По ГОСТ 16483.34—77 определяют коэффициент газопроницаемости, учитывающий высоту образца и давленйе газа. Согласно данным Е. В.Харук и Г. С. Ковригина, наибольшие значения коэффициента азотопроницаемости для радиального направления поперек волокон обнаружены у заболони сосны, несколько меньший коэффициент у кедра и лиственницы, совсем малый у ели и пихты. У всех пород (кроме пихты) азотопроницаемость заболони намного выше, чем ядра (спелой древесины).
Испытания древесины на газопроницаемость требуют значительно меньше времени, чем длительные испытания проницаемости жидкостями. Обычно между указанными свойствами наблюдается тесная связь и определение газопроницаемости используют для оценки способности древесины пропитываться растворами антисептиков и антипиренов, варочными растворами при получении целлюлозы и т.д.
3.5.	Тепловые свойства
Теплоемкость. Показателем способности древесины аккумулировать теплоту является удельная теплоемкость с, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того, чтобы нагреть 1 кг материала на 1 К (или на 1 °C). Удельная теплоемкость измеряется в кДж/(кг • °C).
Поскольку состав древесинного вещества у всех пород одинаков, удельная теплоемкость древесины не зависит от породы и при температуре О °C для абсолютно сухой древесины равна 1,55 кДж/(кг • °C). С повышением температуры удельная теплоемкость древесины несколько возрастает по линейному закону и при 100 °C увеличивается примерно на 25 %.
Значительно сильнее влияет на теплоемкость увлажнение древесины. Так, увеличение влажности древесины от 0 до 130 % приводит к повышению теплоемкости примерно в 2 раза.
Одновременное влияние температуры и влажности на теплоемкость древесины можно проследить по диаграмме, изображенной на рис. 3.7.
Теплопроводность. Показателем интенсивности переноса теплоты в материале является коэффициент теплопроводности X, который численно равен количеству теплоты, прохо-
78
Рис. 3.7. Диаграмма удельной теплоемкости древесины [20]
Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м -’С)
Рис. 3.8. Диаграмма коэффициента теплопроводности древесины березы поперек волокон (рб = 500 кг/м3) [20]
79
дящей в единицу времени через стенку из древесины площадью 1 м2 и толщиной 1 м при разности температур на противоположных сторонах стенки в 1 °C. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м • °C). Коэффициент X повышается с увеличением плотности, влажности и положительной температуры (во влажной и сырой древесине); он примерно в 2 раза больше вдоль волокон, чем поперек, причем у пород с хорошо развитыми сердцевинными лучами в радиальном направлении X несколько больше, чем в тангенциальном. Зависимости X от температуры и влажности древесины березы поперек волокон показаны на рис. 3.8. При изменении плотности р6 от 350 до 600 кг/м3 X возрастает в 1,8 раза. Чем выше р6, тем сильнее ее влияние на теплопроводность древесины.
Температуропроводность. Показателем способности древесины выравнивать температуру является коэффициент температуропроводности а, м2/с, который представляет собой отношение коэффициента теплопроводности к теплоемкости единицы объема древесины (ср):
а = —,	(3.28)
ср
где р — плотность древесины, кг/м3.
С уменьшением плотности абсолютно сухой древесины коэффициент а возрастает. Увеличение содержания связанной воды в древесине почти не отражается на коэффициенте температуропроводности, так как его значения у древесинного вещества и воды довольно близки. Однако повышение содержания свободной воды, у которой коэффициент а примерно в 100 раз меньше, чем у замещаемого ею воздуха в полостях клеток, приводит к резкому снижению температуропроводности древесины.
Тепловое расширение древесины. При нагревании твердых материалов, в том числе и древесины, происходит увеличение их объема. Коэффициент линейного теплового расширения а' показывает на сколько изменяется единица длины тела при нагревании его на 1 °C. Наименьший а' в направлении вдоль волокон; величина его для сухой древесины колеблется в пределах (2,5 ...5,4)-10"6 1/°С. Тепловое расширение поперек волокон значительно больше (иногда в 10... 15 раз), чем вдоль волокон, причем в тангенциальном направлении оно обычно в 1,5... 1,8 раза выше, чем в радиальном. Коэффициент линейного расширения вдоль волокон древесины составляет 1/10... 1/3 коэффициентов теплового расширения стекла, бетона и металлов. При нагревании влажной древесины одновременно происходит усушка, которая маскирует в десятки раз меньшее тепловое расширение древесины поперек волокон.
Показатели, характеризующие тепловые свойства древесины, используются для расчета процессов ее нагревания, сушки, отта
80
ивания, замораживания, потерь теплоты через ограждения из древесины.
3.6.	Электрические свойства
Электропроводность. Способность древесины проводить электрический ток находится в обратной зависимости от ее электрического сопротивления. Полное сопротивление образца древесины, размещенного между двумя электродами, определяется как результирующее двух сопротивлений: объемного и поверхностного. Наибольшее значение для характеристики электропроводности материала имеет первый вид сопротивления, показателем ко-торогослужит удельное объемное сопротивление рг, имеющее размерность Ом • см и численно равное сопротивлению при прохождении тока через две противоположные грани кубика размерами 1x1x1 см из данного материала (древесины).
Данные Белорусского технологического института (БелТИ) об удельном объемном сопротивлении абсолютно сухой древесины основных пород поперек (в радиальном направлении) и вдоль волокон приведены в табл. 3.4.
Древесина относится к диэлектрикам (рг = 108... 1017 Ом-см). Для нее применимы методы измерения сопротивлений твердых диэлектриков при постоянных напряжениях. С учетом специфики древесины эти методы использованы ЦНИИМОД при разработке ГОСТ 18408-73.
У разных пород электропроводность различная, но при этом у всех пород вдоль волокон она в несколько раз больше, чем поперек волокон.
Таблица 3.4
Удельное объемное сопротивление древесины в абсолютно сухом состоянии
Порода	Удельное объемное сопротивление, Ом-см	
	поперек волокон	ВДОЛЬ волокон
Сосна	2,3-1015	1,8-10'5
Ель	7;вю16	3.81016
Ясень	3,3-1016	3,6-Ю15
Граб	8,0-1015	1,3-1015
Клен	6,6-Ю17	3,3-Ю'7
Береза	5,11016	2,3-Ю'6
Ольха	1,01017	9,6-1015
Липа	1,5-1016	6,4-1015
Осина	1,7-1016	8,0-1015
81
С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение сопротивления (в десятки миллионов раз) наблюдается при увеличении содержания связанной воды, т. е. при переходе от абсолютно сухого состояния древесины до предела насыщения клеточных стенок Wn н. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области выше Wn н.
Повышение температуры древесины приводит к уменьшению ее объемного сопротивления. В среднем принято считать, что повышение температуры древесины на каждые 12 °C вызывает снижение сопротивления примерно вдвое.
Электропроводность древесины учитывается в тех случаях, когда древесину применяют для столбов связи, мачт линий высоковольтных передач, рукояток электроинструментов и т.д.
Электрическая прочность. Так называется способность древесины противостоять пробою, т. е. снижению сопротивления при больших напряжениях. Для определения электрической прочности древесины при переменном напряжении частотой 50 Гц в ЦНИИМОДе был разработан ГОСТ 18407—73. Показателем электрической прочности служит Епр — отношение пробивного напряжения к толщине материала, кВ/мм.
Электрическая прочность абсолютно сухой древесины вдоль волокон составляет 1,3... 1,5 кВ/мм, что в 4...7 раз меньше, чем поперек волокон. С повышением влажности электрическая прочность заметно снижается. По данным БелТИ, прочность снижается в 2 раза при изменении влажности с 10 до 14 %. Электрическая прочность древесины по сравнению с другими твердыми изоляционными материалами невелика (у стекла Епр = 30, у полиэтилена — 40 кВ/мм). Для повышения электрической прочности древесину пропитывают парафином, олифой, искусственными смолами и другими веществами.
Диэлектрические свойства. Находящаяся в переменном электрическом поле древесина проявляет свои диэлектрические свойства, которые характеризуются двумя показателями. Первый из них — относительная диэлектрическая проницаемость е — численно равен отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Второй показатель — тангенс угла диэлектрических потерь tg 8 — определяет долю подведенной мощности, которая поглощается древесиной и превращается в теплоту.
Диэлектрическая проницаемость абсолютно сухой древесины с увеличением плотности возрастает. Так, у древесины бальзы (р0 =130 кг/м3) диэлектрическая проницаемость поперек волокон е± в диапазоне частот 10... 1011 Гц составляет в среднем 1,3, а у граба (р0 = 800 кг/м3) — 2,6. Проницаемость вдоль волокон
82
£ц больше ех в среднем в 1,4 раза. С повышением влажности древесины е увеличивается, так как для воды величина этого показателя в диапазоне частот 10... 1011 Гц составляет 81 ...7,5. По данным Г. И.Торговникова, при влажности 10% и температуре 20 °C для древесины плотностью р0 = 500 кг/м3 на частоте 104 Гц ех равна 4,2, на частоте Ю10 Гц — 2,0, а при влажности 60 % — соответственно равна 65 и 6,6. Увеличение температуры от -40 до 100 °C для абсолютно сухой древесины приводит к незначительному увеличению ех (примерно в 1,3 раза). Повышение температуры влажной древесины приводит к более существенному увеличению £х.
Тангенс угла диэлектрических потерь также зависит от плотности древесины. Поперек волокон tg 5 при плотности ро = 5ОО кг/м3 и комнатной температуре в диапазоне частот 10... 105 Гц составляет 0,005...0,007, а при плотности ро=8ОО кг/м3 этот показатель равен 0,007...0,025. Вдоль волокон tg8 выше, чем поперек волокон, в среднем в 1,7 раза. С повышением влажности tg 5 увеличивается. Зависимости этого показателя от частоты имеют сложный характер. Так, для древесины с плотностью ро=500 кг/м3 при температуре 20 °C и влажности 80 % значение tg 8 при частоте 103 Гц достигает 74, при частоте 108 Гц снижается до 0,2, а в области сверхвысоких частот (Ю10 Гц) возрастает до 0,34. Повышение температуры абсолютно сухой древесины вызывает снижение tg 5, но в области СВЧ этот показатель возрастает. У влажной древесины (W-25 %) нагревание приводит к существенному возрастанию tg 8, но в области СВЧ он меняется незначительно.
При диэлектрическом нагревании температура повышается одновременно по всему объему древесины. Такой способ нагревания находит практическое применение в процессах сушки, склеивания и пропитки древесины. Нагревание в поле СВЧ можно использовать для сушки древесины, для поверхностного оттаивания бревен перед окоркой и распиловкой.
Пьезоэлектрические свойства. На поверхности анизотропных пластинок из кристаллов (кварц, турмалин, сегнетовая соль) при растяжении или сжатии появляются электрические заряды: положительный на одной сторойе и отрицательный на другой. Электрические заряды возникают под действием механических усилий, давления, поэтому это явление называется прямым пьезоэлектрическим эффектом (слово «пьезо» означает давление). Указанные материалы обладают и обратным пьезоэлектрическим эффектом — их размеры изменяются под действием электрического поля. Пластинки из этих кристаллов находят широкое применение в качестве излучателей и приемников в ультразвуковой технике.
Исследования В.А. Баженова показали, что такими свойствами обладает и древесина, содержащая ориентированный компонент — целлюлозу. Наибольший пьезоэлектрический эффект на
83
блюдается при приложении сжимающей и растягивающей нагрузки под углом 45° к волокнам. Нагрузки, направленные строго вдоль или поперек волокон, этого эффекта не вызывают. Особенно заметно пьезоэлектрический эффект проявляется в сухой древесине, с увеличением влажности он уменьшается и уже при влажности 6... 8 % почти совсем исчезает. С повышением температуры до 100 °C эффект увеличивается. Чем выше модуль упругости древесины, тем меньше у нее пьезоэлектрический эффект.
Данное явление позволяет глубже изучить тонкую структуру древесины, характеризовать степень анизотропности натуральной древесины и новых древесных материалов. Оно используется при разработке неразрушающих методов контроля качества древесины.
3.7.	Звуковые свойства
Распространение звука в древесине. Звук, как известно, представляет собой механические волновые колебания, распространяющиеся в упругих средах. Звукопроводность древесины, т.е. скорость звука в ней при продольных колебаниях, м/с,
С = ^,	(3.29)
где Е — динамический модуль упругости, Н/м2; р — плотность материала, кг/м3.
В среднем скорость звука в древесине вдоль волокон составляет 5000 м/с. В плоскости поперек волокон скорость звука примерно в 3...4 раза меньше, чем вдоль волокон, причем в радиальном направлении она несколько выше, чем в тангенциальном. С увеличением влажности и температуры древесины скорость распространения звука уменьшается. Скорость звука в других материалах, м/с: в стали — 5050, свинце — 1200, каучуке — 30, воздухе — 330.
Важной характеристикой древесины при оценке ее способности отражать и проводить звук является акустическое сопротивление, Па-с/м,
Я = рС.	(3.30)
Этот показатель для древесины камерной сушки вдоль волокон в среднем равен 30 • 105 Па-с/м. Для сравнения укажем, что воздух имеет акустическое сопротивление 429, каучук 3 • 103, а сталь — 393-103 Па-с/м.
По мере распространения звуковых волн в материале вследствие потерь энергии на внутреннее трение происходит затухание колебаний. Для характеристики этого явления используют показатель 5 — логарифмический декремент колебаний,
84
численно равный натуральному логарифму отношения двух амплитуд, отделенных друг от друга интервалом в один период.
Определение указанного показателя проводят при продольных и изгибных колебаниях по разработанному ЦНИИМОДом ГОСТ 16483.31 — 74. У древесины камерной сушки разных пород логарифмический декремент колебаний составляет примерно (2...4)10б Нп*.
Показатели, характеризующие распространение звука в древесине, используются при разработке методов дефектоскопии и неразрушающего контроля качества (прочности, жесткости, структурной неоднородности, шероховатости) древесины и древесных материалов.
Звукоизолирующая и звукопоглощающая способность. Звукоизолирующая способность древесины характеризуется ослаблением интенсивности прошедшего через нее звука. Это свойство может быть оценено по разнице уровней звукового давления в децибелах (дБ)** перед и за перегородкой из древесины, а также по относительному уменьшению силы звука, называемому коэффициентом звукопроницаемости. Так, при толщине 3 см звукоизоляция сосновой древесины составила 12 дБ, коэффициент звукопроницаемости — 0,065; для дубовой древесины при толщине 4,5 см эти показатели соответственно равны 27 дБ и 0,002.
По строительным нормам звукоизоляция стен и перегородки должна быть не ниже 40 дБ. Отсюда видно, что звукоизолирующая способность массивной древесины сравнительно невысока.
Способность древесины поглощать звук вызвана рассеянием звуковой энергии в структурных полостях и необратимыми тепловыми потерями вследствие внутреннего трения. Для оценки этой способности используют коэффициент звукопоглощения, представляющий собой отношение звуковой энергии, теряемой в материале, к энергии плоской падающей волны. Коэффициент звукопоглощения сосновой перегородки толщиной 19 мм в диапазоне частот 100...4000 Гц находится в пределах 0,081...0,ПО.
Резонансная способность древесины. Древесина широко применяется для изготовления излучателей звука (дек) музыкальных инструментов. Такую древесину называют резонансной. Значительная часть подводимой от струны к деке энергии расходуется на
* Нп (непер) — внесистемная единица логарифмической относительной величины (натурального логарифма отношения двух одноименных физических величин). 1 Нп = ln(F2/F|) при FJFi = е - 2,718, где F2 и F, — значения физических величин.
** дБ (децибел) — дольная единица бела (1 дБ = 0,1 Б). Бел — единица логарифмической относительной величины (десятичного логарифма отношения двух одноименных физических величин); применяется в акустике, электротехнике, радиотехнике.
85
потери внутри материала деки, а также в местах ее закрепления на корпусе инструмента. Лишь 3... 5 % общей энергии излучается в воздух в виде звука.
Способность материала обеспечивать излучение звука оценивается по предложенной акад. Н.Н.Андреевым акустической константе, м4/(кг-с):
<зз1>
где Е — динамический модуль упругости, Н/м2; р — плотность древесины, кг/м3.
Наибольшая величина акустической константы характерна для древесины ели, а также пихты и кедра; она составляет примерно 12 м4/(кг • с). Резонансные заготовки согласно ГОСТ 6900—83 должны изготавливаться из мелко- и равнослойной древесины, которая не содержит сучков, крени, наклона волокон и других пороков древесины. Для определения качества резонансной древесины в растущих деревьях используют керны — цилиндрические образцы диаметром примерно 4 мм, высверливаемые в радиальном направлении ствола. Ультразвуковым методом измеряют скорость распространения звука поперек волокон. Обычным способом устанавливают плотность древесины керна. Акустическую константу К вычисляют как отношение скорости звука к плотности, что вытекает из формул (3.29) и (3.31). Как показали исследования А. А. Колесниковой [7], в этом случае показатель К примерно в 3 раза меньше стандартного, определяемого для направления вдоль волокон.
Наилучшими резонансными свойствами обладает древесина длительной (50 лет и более) выдержки.
3.8.	Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии излучений
Различные виды излучений, представляющих собой электромагнитные колебания, охватывают огромный диапазон длин волн. Наибольшую длину имеют радиоволны (от миллиметров до десятков километров), их воздействие на древесину было частично рассмотрено в п. 3.6.
Далее описываются свойства древесины, проявляющиеся при действии излучений с длиной волны от 1000 микрометров (мкм) до 0,3 пикометра [1 пикометр (пм) = 1-10-12 м].
Инфракрасное (ИК) излучение. При нагревании тел происходит преобразование тепловой энергии в лучистую энергию электромагнитных колебаний. При этом нагретые тела испускают не
86
видимые инфракрасные лучи с длинами волн от 1000 мкм до 0,77 мкм. Принято различать три области ИК-спектра: дальнюю (с длинами волн от 1000 мкм до 50 мкм); среднюю (от 50 до 2,5 мкм) и ближнюю (от 2,5 до 0,77 мкм).
Способность древесины пропускать, поглощать и отражать инфракрасные лучи зависит от длины волны падающего излучения. В МЛТИ было установлено, что проницаемость древесины инфракрасными лучами с длиной волны А = 5...6,5 мкм крайне мала. Позднее в ИХД было установлено, что наибольшая отражательная способность древесины наблюдается при волнах длиной А = 1,0... 1,1 мкм (коэффициент отражения достигает 0,8). В дальней области ИК-спектра коэффициент отражения значительно меньше и составляет 0,1 ...0,15.
Максимум проницаемости наблюдается при длине волны А = = 1... 1,1 мкм. В дальней области проницаемость постоянна. С увеличением плотности древесины проницаемость уменьшается. Через радиальные поверхности древесины проницаемость больше, чем через тангенциальные. Повышение влажности древесины приводит к увеличению ее проницаемости для ИК-излучений.
Значительная часть энергии инфракрасных лучей поглощается поверхностной зоной (глубиной до 3...4 мм) образцов древесины. При этом наибольшее поглощение наблюдается в дальней области ИК-спектра. При длине волн 8... 15 мкм коэффициент поглощения находится в пределах 0,7 ...0,9.
В ближней области, в частности при А = 1,93 мкм, коэффициент отражения воды в десятки раз меньше, чем древесины, поэтому повышение влажности древесины приводит к уменьшению ее отражательной способности. Это дает возможность измерять влажность поверхностных зон массивной древесины методом ИК-спектроскопии.
Поглощение инфракрасных лучей вызывает нагревание материала. Это позволяет использовать инфракрасные лучи для сушки тонких сортиментов (шпона, щепы, стружки), нагревания древесины при склеивании, а также для ее стерилизации. Кроме того, инфракрасное излучение используется для сушки лакокрасочных покрытий на древесине; при этом резко увеличивается скорость сушки и улучшается качество покрытия.
Световое излучение. Видимое световое излучение охватывает часть спектра электромагнитных колебаний с длинами волн от 0,76 до 0,4 мкм. Световые лучи обладают большей проникающей способностью, чем инфракрасные, и могут быть использованы для обнаружения скрытых дефектов внутри древесины или древесных материалов (фанеры и др.). Чувствительная приемная аппаратура позволяет, по данным ЛТА, зафиксировать лучи света, прошедшие через образцы древесины осины, сосны, ели толщиной до 35 мм, а березы — до 15 мм.
87
При падении пучка световых лучей на поверхность древесины часть потока отражается. Измеряя интенсивность отраженного светового потока, можно судить о древесной породе, качестве поверхности и наличии пороков, изменяющих окраску древесины. Важным преимуществом световой дефектоскопии является ее полная безопасность для обслуживающего персонала.
В последнее время в связи с созданием лазеров — источников света высокой направленности и большой плотности — успешно развивается лазерная технология. При воздействии лазерного излучения происходит переход электромагнитной энергии в тепловую, что позволяет использовать лазеры в качестве своеобразного режущего инструмента. Лазерное срезание» сопровождается обугливанием или потемнением поверхностных зон материала. Этот способ обработки используется для фигурного раскроя листовых древесных материалов, резьбы, граверных работ и т. п.
Ультрафиолетовое излучение. Эти лучи имеют длины волн от 0,38 мкм до 10 нм [1 нм (нанометр) = 10-9 м = 10 А (ангстрем)]. Ультрафиолетовое излучение вызывает свечение — люминесценцию — некоторых веществ. Каждое люминесцентное вещество дает излучение определенного спектрального состава. Свечение, которое исчезает сразу же после прекращения облучения объекта, называется флуоресценцией.
Из 150 исследованных древесных пород (по данным ЛТА) флуоресценция была обнаружена у подавляющего большинства пород (90 %). Чаще всего облученная древесина светится фиолетовым светом (40 % исследованных пород), синим или голубым светом (25 % пород). Темно-фиолетовым светом светится 15 % пород; реже всего наблюдается желтое или зелено-желтое свечение (10%).
По данным Б.К.Лакатош [27], колориметрические характеристики флуоресценции древесины наиболее распространенных пород следующие: длина волны чистого спектрального цвета X = = 500...600 нм; чистота цвета Р- 3 — 32%; коэффициент отражения р = 5... 10 (см. п. 3.1). Цвет и интенсивность свечения зависят не только от породы, но и от состояния древесины (степени загнивания древесины, ее влажности и температуры, качества обработки поверхности и т.д.). Все это открывает возможности для использования люминесценции в качестве средства для обнаруживания пороков древесины, контроля качества обработки и т.д.
Рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение имеет длину волн примерно от 5 нм до 0,6 пм. Рентгеновские лучи, проходя через исследуемый объект, по-разному поглощаются отдельными его участками. Чем выше плотность участка, тем меньше интенсивность прошедших через него лучей. Располагая по ходу лучей за исследуемым объектом светящийся экран, можно наблюдать на нем внутренние дефекты объекта (пустоты, включения и т.п.).
88
Рентгеновскими лучами могут быть просвечены крупные круглые сортименты (диаметром до 40...50 см); эти лучи позволяют также просвечивать стволы растущих деревьев при помощи передвижных установок. Используя рентгеновские лучи, можно обнаружить в древесине ряд скрытых пороков — заросшие сучки, ходы насекомых, внутренние трещины, гнили, пустоты, а также металлические включения.
Повышение влажности снижает проницаемость древесины рентгеновскими лучами. Это свойство может быть использовано для определения величины и характера распределения влажности по сечению сортимента в процессе сушки. Рентгеновские лучи применяются также для изучения плотности древесины и тонкого строения клеточной стенки.
Ионизирующие излучения. Ионизирующие (ядерные) излучения возникают при распаде радиоактивных веществ, делении атомов тяжелых ядер, ядерных реакциях.
Различают следующие виды ядерных излучений: потоки заряженных частиц, электромагнитное излучение и потоки незаряженных частиц (нейтронов). Источники первых двух видов излучений — радиоактивные вещества. Эти излучения называются радиоактивными. Источниками нейтронных излучений служат ядерные реакторы, различные ускорители элементарных частиц, препараты, содержащие смеси радиоактивных веществ с веществами, испускающими нейтроны.
Пока лучше исследовано воздействие на древесину радиоактивных излучений. Альфа-лучи плохо проникают в древесину; большая проникающая способность у бета-лучей и еще лучшая — у гамма-лучей.
По данным Уральского лесотехнического института (УЛТИ), ЦНИИМОДа и ряда других организаций, проницаемость древесины бета-лучами уменьшается с увеличением ее плотности, влажности и размеров.
Исследования проницаемости древесины сосны, ели, дуба, бука, березы гамма-лучами (источник — кобальт-60), проведенные Б.К.Лакатош, показали, что наиболее легко гамма-лучи проникают в направлении вдоль волокон (особенно у дуба). С увеличением плотности древесины поглощение энергии увеличивается; зависимость между этими факторами линейная. Наибольший коэффициент пропорциональности характерен для равноплотной древесины бука. С повышением влажности количество поглощаемой энергии резко возрастает; оно прямо пропорционально толщине облучаемого материала.
Гамма-лучи могут быть использованы для дефектоскопии древесины, определения ее влажности и плотности, а также для контроля размеров деталей бесконтактным способом в непрерывном производственном потоке.
89
Контрольные вопросы
1.	Назовите формы воды, содержащейся в древесине.
2.	Какая разница между пределом насыщения клеточных стенок и пределом гигроскопичности?
3.	Что такое усушка и какова ее величина в разных структурных направлениях?
4.	Назовите причины коробления древесины.
5.	На какие показатели плотности древесины и как влияет ее влажность?
6.	Какие факторы и как влияют на проницаемость древесины жидкостями и газами?
7.	На какие тепловые характеристики древесины и как влияют ее плотность и влажность?
8.	Как зависит электропроводность древесины от влажности?
9.	Что такое акустическая константа древесины и у каких пород она наибольшая?
10.	Назовите электромагнитные излучения, глубоко проникающие в древесину. Для каких целей они используются?
Глава 4
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
4.1.	Общие сведения о механических свойствах и методах механических испытаний
Общие положения. Принято различать следующие свойства древесины, проявляющиеся под действием механических нагрузок: прочность — способность сопротивляться разрушению; деформа-тивность — способность сопротивляться изменению размеров и формы; технологические и эксплуатационные механические свойства.
I Механические свойства древесины могут проявляться при действии статических (плавно и медленно возрастающих), ударных (действующих внезапно и полной величиной), вибрационных (попеременно изменяющих величину и направление) и долговременных (действующих весьма продолжительное время) нагрузок.
Показатели механических свойств древесины определяют обычно при растяжении, сжатии, изгибе и сдвиге. Поскольку древесина — анизотропный материал, указывают направление действия нагрузок: вдоль или поперек волокон (в радиальном или тангенциальном направлении).
В древесине, как и- й любом другом материале, под действием внешних нагрузок возникают силы сопротивления. Эти силы, приходящиеся на единицу площади сечения тела, называются
90
напряжением и выражаются в Н/мм2 или МПа (1 МПа= 10бПа = = 10б Н/м2 = 1 Н/мм2). Изменение размеров и формы тела под действием нагрузок называется деформацией. Напряжения и деформации могут возникать в теле и без участия внешних нагрузок вследствие неоднородных изменений его объема при сушке, увлажнении, нагревании и т. д. Напряжения, действующие по нормали (перпендикуляру) к сечению тела, называются нормальными и обозначаются буквой о (сигма). Напряжения, действующие в плоскости сечения, называются касательными и обозначаются буквой т (тау). Максимальное напряжение, предшествующее разрушению тела, называют пределом прочности.
Особенности механических испытаний древесины. Испытания проводят с целью определения показателей механических свойств (пределов прочности и др.) на малых (базисное сечение 20 * 20 мм), чистых (без пороков) образцах. В рабочее сечение образцов должно входить по крайней мере 4 или 5 годичных слоев. Для получения сопоставимых результатов испытания осуществляют по единой стандартизованной методике. Для каждого вида испытаний разработаны Государственные стандарты (ГОСТ), включающие требования к форме и размерам образцов, применяемому оборудованию, правилам проведения самих испытаний; способы вычисления показателей свойств и др.
JМеханические свойства древесины сильно зависят от влажно-c. При увлажнении древесины до предела насыщения клеточных стенок показатели всех механических свойств резко снижаются. Дальнейшее повышение влажности древесины (свыше 30 %) практически не отражается на показателях механических свойств. /
Полученные при испытаниях показатели свойств приводят к единой влажности 12 %. Если образцы подвергались кондиционированию и имеют влажность, близкую к 12 %, то показатели механических свойств, кроме показателей деформативности, пересчитывают по формуле
В12 = В^[1 + а(^-12)],	(4.1)
где В12 — показатель свойства при влажности 12 %; Bw — показатель свойства при влажности W в момент испытаний; а — поправочный коэффициент на влажность.
Для пересчета показателей деформативности в этом случае используют формулу
С12 = С>г/[1-а(РИ-12)].	(4.2)
Можно также для приведения показателей механических свойств Bw (в том числе и деформативности) к влажности 12 % использовать формулу
Bi2 = Bw/K	(4.3)
91
или
Д2 - Bw /.
(4-4)
Значения входящих в формулы (4.3) и (4.4) коэффициентов К и в зависимости от плотности древесины и средние значения этих коэффициентов для отдельных групп пород указаны в справочнике [1]. Природная изменчивость древесины приводит к необходимости испытывать серии образцов, обрабатывая результаты методами вариационной статистики [1].
Статистические характеристики (среднее арифметическое, среднее квадратическое отклонение и др;) определяют по ГОСТ 16483.0—89. В этом же стандарте изложены общие требования к заготовке древесины из насаждений, изготовлению и кондиционированию образцов, условиям проведения испытаний. В ГОСТ 16483.21 — 72 приведены методы отбора образцов для определения физико-механических свойств древесины после ее технологической обработки (сушки, пропитки и т.д.).
Требования к методам различных видов механических испытаний изложены в нескольких десятках стандартов (ГОСТ 16483.2... ГОСТ 16483.39), разработанных в 1970— 1980-х годах и используемых в настоящее время.
) Для механических испытаний используют универсальные ма-шйны с электромеханическим, гидравлическим или ручным приводом, устройствами для закрепления образца и передачи на него нагрузки, силоизмерителем, а также приспособлениями для измерения деформаццй/Для некоторых видов испытаний применяются специализированные машины.
4.2.	Прочность при сжатии
Сжатие вдоль волокон. Для испытаний используют образец в виде призмы (рис. 4.1, а) с основанием 20 * 20 мм и высотой (вдоль волокон) 30 мм. Фактические поперечные размеры а и b определяют с погрешностью 0,1 мм на уровне половины высоты образца. Испытания проводят с помощью приспособления (рис. 4.1, б).
Образец нагружают равномерно с такой скоростью, чтобы он разрушился через 0,5... 1,5 мин. Разрушение образца устанавливают по движению стрелки силоизмерителя в обратном направлении; контрольная стрелка указывает по шкале максимальную нагрузку Pmax, Н. Предел прочности о^, МПа, вычисляют по формуле
_ Дпах	(Л
<5w = —т-	(4-э‘
ab
Вычисление производят с округлением до 0,5 МПа.
92
Рис. 4.1. Испытание древесины на сжатие вдоль волокон: а — образец; б — приспособление; 1,6— съемные шаровые опоры; 2 — образец; 3 — пуансон; 4 — шаровая опора;
5 — корпус
Влажность древесины в момент испытаний определяют высушиванием разрушенных образцов- Затем по формуле (4.1) пересчитывают полученные для каждого испытанного образца значения пределов прочности на влажность 12 %. Поправочный коэффициент а для всех пород принимается равным 0,04.
Пример. Образец древесины имеет поперечные размеры а = 19,9 мм, Ь = 20,1 мм и влажность W= 10 %, разрушающая нагрузка Ртах составила 2010 кгс (19 698 Н). Определить пределы прочности о»-при влажности в момент испытаний и при влажности 12 %.
По формуле (4.5) находим
_19_698_ в 49 МПа
w 19,9-20,1
а по формуле (4.1) получаем
о12 = 49[1 + 0,04(10 - 12)] = 45 МПа.
Характеристики механических свойств в этой главе, если нет особых указаний, приведены из ГСССД 69—84 и ГСССД-Р-237— 87 [1]. Там же имеются более подробные данные для большинства отечественных пород из разных районов произрастания. В таблицах приведены средние значения показателей; максимальное значение и значения для отдельных образцов могут отличаться от минимального в 2 раза и более-
Пределы прочности древесины при сжатии вдоль волокон для основных пород даны в табл. 4.1-
Как видим, предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон сильно зависит от влажности. Прочность древесины камерной сушки в 2...2,5 раза вЫШе> чем свежей.
В среднем для всех изученных пород при влажности древесины 12 % предел прочности на сжатие вдоль волокон составляет около 50 МПа. Предел пропорциональности, до которого наблюдается линейная зависимость между напряжениями и деформациями, при сжатии вдоль волокон для основных пород (лиственница, сосна, пихта, дуб, ясень) составляет И среднем 0,7 предела прочности.
93
Таблица 4.1
Предел прочности древесины, МПа, при сжатии вдоль волокон
Порода	При влажности 12%/30% и более	Порода	При влажности 12 %/30% и более
Лиственница	62/25	Дуб	57/31
Сосна	46/21	Орех грецкий	55/23
Ель	45/19	Береза	54/26
Кедр	40/16	Бук	53/27
Пихта сибирская	40/17	Вяз '	47/25
Акация белая	73/41	Липа	46/24
Граб	61/36	Ольха	45/23
Клен	59/28	Осина	43/19
Ясень	56/32	Тополь	40/17
Груша	58/26		
В конструкциях и изделиях древесина очень часто работает на сжатие вдоль волокон, что объясняется ее высокой прочностью при данном виде действия нагрузок и удобством их приложения.
Сжатие поперек волокон. Различают два вида испытаний: 1) на сжатие, когда нагрузка прикладывается равномерно по всей поверхности образца (рис. 4.2, о); 2) местное смятие, когда нагрузка
Рис. 4.2. Испытания древесины на сжатие и местное смятие поперек волокон:
а — образец для испытаний на сжатие; б — образец и схема испытания на смятие; в — приспособление для испытаний; / — индикатор; 2 — корпус; 3 — шток;
4 — подставка; 5 — съемный пуансон; 6 — образец
94
прикладывается по всей, ширине образца, но на части длины (рис. 4.2, б). Сечение образца в обоих случаях 20x20 мм, а длина соответственно 30 или 60 мм. Для испытаний используют приспособление (рис. 4.2, в), снабженное сменными пуансонами (для сжатия или местного смятия) и индикатором, позволяющим проводить измерение деформаций образца. Непрерывно повышая нагрузку на образец в течение 1...2 мин, примерно 10 раз за это время снимают отсчеты величины нагрузки Р и укорочений Л/. По этим данным строят график зависимости Р=который имеет прямолинейный и криволинейные участки. Ординату точки, в которой тангенс угла наклона между касательной к графику и осью Р на 50 % больше, чем на линейном участке, принимают за нагрузку Ру п, соответствующую условному пределу прочности (пределу пропорциональности). При сжатии поперек волокон древесины хвойных пород (в радиальном направлении) и лиственных пород наблюдается трехфазная диаграмма деформирования, а древесины хвойных пород в тангенциальном направлении — однофазная диаграмма (рис. 4.3).
Условный предел прочности вычисляют с округлением до 0,1 МПа при сжатии поперек волокон по формуле
_ ^У-п
где Руп — нагрузка, Н; а, I — соответственно ширина и длина образца, мм.
При местном смятии поперек волокон
где 18 — средняя длина выступа пуансона, мм.
Прочность при сжатии и смятии поперек волокон исследована слабо. Некоторые средние данные, приведенные в табл. 4.2, следует рассматривать как ориентировочные.
Определение влажности древесины в момент испытаний и пересчет значений условного предела прочности на влажность 12 % (поправочный коэффициент а = 0,035) проводят так же, как и при испытаниях на сжатие вдоль волокон.
Рис. 4.3. Диаграммы сжатия древесины поперек волокон: 1 — трехфазная; 2 — однофазная
95
Таблица 4.2
Условные пределы прочности, МПа, при сжатии и местном смятии древесины поперек волокон
Порода	Сжатие		Местное смятие	
	радиальное	тангенциальное	радиальное	тангенциальное
Лиственница	4,3/2,6	6,1/2,4	6,1/3,6	9,3/3,8
Сосна	, 5,1/3,0	7,5/3,0	-/-	13,6/5,6
Пихта	2,1/1,3	2,4/1,0	2,5/1,5	3,5/1,4
Граб	6,5/3,9	6,0/3,6	-13,7/8,0	11,3/6,9
Ясень	-/-	-/-	8,3/5,1	10,6/6,5
Дуб	-/-	-/-	9,1/5,5	5,3/3,2
Бук	6,1/3,6	6,3/3,8	11,4/6,9	10,8/6,7
Вяз	5,7/3,4	4,6/2,8	11,0/6,7	11,0/6,7
Липа	5,5/3,3	5,1/3,0	9,6/5,9	9,8/6,0
Ольха	6,7/4,1	3,7/2,3	8,0/4,9	5,3/3,2
Осина	5,4/3,2	3,5/2,1	6,3/3,8	4,8/2,8
Примечание. В числителе при влажности 12%, в знаменателе — 30% и более.
Условный предел прочности при сжатии поперек волокон в среднем для всех пород составляет 1/10 предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Предел прочности при местном смятии из-за дополнительного сопротивления изгибу волокон существенно выше, чем при простом сжатии поперек волокон. Сжатие поперек волокон происходит, например, при изготовлении прессованной древесины, а местное смятие наблюдается у шпал в местах под рельсами.
4.3.	Прочность при растяжении
Растяжение вдоль волокон. Для определения прочности используют образец сложной формы (рис. 4.4). При такой форме предотвращается возможность разрушения образца в местах крепления клиновыми захватами от сжатия поперек волокон и скалывания вдоль волокон. 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 ее широкая грань совпадает с радиальным направлением.
Перед испытанием измеряют толщину а и ширину b рабочей части образцов и в отверстия головок вставляют стальные пробки. Длина пробок на 3 или 2 мм (соответственно для древесины мяг-
96
ких и твердых пород) меньше толщины головки. Пробки предотвращают чрезмерное смятие головок во время испытаний.
Образец нагружают с такой скоростью, чтобы разрушение его наступило через 1,5 ...2 мин. Определяют максимальную нагрузку и вычисляют предел прочности по формуле (4.5), округляя результаты до 1 МПа. В качестве проб на влажность используют рабочие части образцов. Порядок дальнейших операций и расчетов соответствует рассмотренному в п. 4.2, но поправочный коэффициент на влажность а = 0,01.
Предел прочности древесины на растяжение вдоль волокон сравнительно слабо зависит от влажности древесины, но резко падает при малейшем отклонении направления волокон от продольной оси образца.
Пределы прочности древесины некоторых пород при данном виде действия усилий даны в
а
Рис. 4.4. Испытание древесины на растяжение вдоль волокон: а — образец; б — схема закрепления образца в захватах испытательной ма-
табл. 4.3.	шины
Предел пропорциональности
при растяжении вдоль волокон составляет 0,82 от предела прочности для древесины хвойных пород (лиственница, сосна, пихта) и 0,70 для лиственных кольцесосудистых пород (дуб, ясень) [15].
Таблица 4.3
Предел прочности древесины, МПа, при растяжении вдоль волокон
Порода	При влажности 12 %/30% и более	Порода	При влажности 12 %/30% и более
Лиственница	124/95	Ясень	140/107
Сосна	109/78	Граб	129/96
Ель	101/77	Осина	121/93
Кедр	89/68	Бук	124/93
Пихта сибирская	66/51	Липа	117/89
Акация белая	171/107	Ольха	97/74
Береза	137/102	Тополь	88/67
4 Уголев
97
В среднем для всех пород предел прочности на растяжение вдоль волокон составляет 130 МПа. Несмотря на столь высокую прочность древесина в конструкциях и изделиях довольно редко работает на растяжение вдоль волокон, так как трудно предотвратить разрушение деталей в местах закрепления (под действием сжимающих и скалывающих нагрузок).
Растяжение поперек волокон. Для испытаний используют образец, форма и размеры которого показаны на рис. 4.5. Образцы крепят в винтовых захватах с плоской стороны, чтобы сжимающие усилия были направлены вдоль волокон.
Для определения предела прочности при растяжении поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях образцы изготовляют таким образом, чтобы годичные слои на плоской стороне образца были направлены соответственно поперек (как показано на рис. 4.5) или вдоль длины его рабочей части.
Процедура испытаний и способ вычисления предела прочности при растяжении поперек волокон такие же, как при растяжении вдоль волокон. Результаты испытаний округляют до 0,01 МПа. Для пересчета показателей на влажность 12 % поправочный коэффициент принимают равным 0,01 и 0,025 соответственно при радиальном и тангенциальном растяжении. В табл. 4.4 приведены пределы прочности древесины некоторых пород при растяжении поперек волокон.
Из табл. 4.4 следует, что прочность древесины в радиальном направлении больше, чем в тангенциальном, у хвойных пород на 10...50 %, у лиственных на 20...70 %. Проведенные позднее исследования древесины некоторых пород на стандартных и других образцах из-за резко выраженной неоднородности и изменчивости строения в плоскости поперек волокон не дают оснований для окончательных выводов об истинных значениях пределов прочности. В среднем прочность при растяжении поперек волокон для всех изученных пород составляет примерно 1/20 прочности при растяжении вдоль волокон. Поэтому при конструировании изделий из древесины избегают растягивающих нагрузок, направленных поперек волокон. Однако показатели прочности древесины при данном виде усилий необходимы для обоснования режимов резания. Они имеют очень важное значение для разработки режимов сушки в связи с возможностью растрескивания материала под действием внутренних напряжений. В этом случае при-
98
Рис. 4.5. Образец для испытания древесины на растяжение поперек волокон
Таблица 4.4
Предел прочности древесины, МПа, при растяжении поперек волокон*
Порода	Радиальное направление	Тангенциальное направление	Порода	Радиальное направление	Тангенциальное направление
Лиственница	5,6/-	5,2/-	Граб	13,3/-	8,4/-
Сосна	5,4/3,9	3,5/2,4	Клен	13,3/-	9,2/-
Ель	5,0/-	3,2/-	Бук	12,5/-	8,5/-
Кедр	4,2/-	2,8/-	Береза	11,1/5,7	6,5/3,5
Пихта	4,0/-	2,9/-	Липа	8,3/-	5,0/-
Ясень	9,0/-	4,2/-	Ольха	7,2/-	5,9/-
Дуб	8,0/7,4	6,5/6,1	Осина	7,1/-	4,6/-
* Данные М.М.Чернцова [14], которые несколько занижены из-за использования образца с укороченной рабочей частью, что вызывало концентрацию напряжений.
Примечание. В числителе при влажности 12%, в знаменателе — 30% и более.
ходится учитывать зависимость пределов прочности от влажности и температуры, а также длительности приложения нагрузки (скорости нагружения).
4.4.	Прочность при статическом изгибе
Для испытания применяют образцы в форме бруска размерами 20x20x300 мм. Образец шириной b в радиальном и высотой Л в тангенциальном направлении располагают на двух опорах. Пролет /, т.е. расстояние между центрами опор, равен 240 мм. Нагру-
жают образец посредине пролета (рис. 4.6). Опоры и нажимные ножи имеют закругления радиусом 30 мм. Скорость непрерывного нагружения должна быть такой, чтобы образец разрушился через 1...2 мин. Определив максимальную нагрузку /’max, Н, вычисляют предел прочности, МПа,
ЗР I
_ _ -^тах*	/л о\
’ аг	<4'8>
Рис. 4.6. Схема испытаний древесины на статический изгиб
Результаты вычисления округляют до 1 МПа.
99
Фактическую влажность определяют по пробам, взятым вблизи излома образца, и пересчитывают предел прочности на влажность 12 %, используя поправочный коэффициент, равный 0,04. Влажность сильно влияет на прочность при изгибе (как и при сжатии) вдоль волокон.
При нагружении возникают сжимающие напряжения в верхней (согласно рис. 4.6) части образца и растягивающие в нижней части. Поскольку прочность на сжатие вдоль волокон значительно меньше прочности на растяжение, разрушение начинается с образования редко видимых на глаз складок в сжатой зоне образца. Окончательное разрушение происходит^ растянутой зоне в виде разрыва или отслоения крайних волокон и полного излома образца. При низкой прочности образца получается почти гладкий излом, а при высокой — защепистый (особенно в растянутой зоне).
Данные о пределе прочности при статическом изгибе для древесины некоторых пород представлены в табл. 4.5.
В среднем предел прочности при статическом изгибе можно принять равным 100 МПа. Предел пропорциональности при статическом изгибе составляет примерно 0,6 ...0,7 от предела прочности.
Кроме обычного поперечного изгиба, когда волокна древесины направлены вдоль оси бруска (см. рис. 4.6), могут быть случаи, когда волокна направлены поперек оси бруска (рис. 4.7). Опыты, проведенные в МЛТИ автором и А. Л. Михайличенко, показывают, что при этом предел прочности составляет для древесины ели и сосны 4...5 %, а для бука — около 20% от предела прочности при обычном изгибе. Разницы в пределах прочности образцов, расположенных по отношению к действующим усилиям по схемам а и б рис. 4.7, не было установлено.
Таблица 4.5
Предел прочности древесины, МПа, при статическом изгибе
Порода	При влажности 12%/30% и более	Порода	Пои влажности 12 %/30% и более
Лиственница	109/61	Орех грецкий	108/60
Сосна	85/49	Береза	110/65
Ель	79/43	Бук	104/63
Кедр	69/36	Дуб	103/66
Пихта сибирская	68/40	Вяз	92/58
Акация белая	148/96	Липа	86/53
Граб	128/74	Ольха	79/48
Ясень	118/73	Осина	77/45
Клен	115/66	Тополь	68/40
Груша	106/62		
100
Рис. 4.7. Схема действия усилий при изгибе образцов с поперечным относительно оси направлением волокон
Вследствие высокой прочности при действии изгибающих нагрузок и удобства их приложения древесина очень часто работает в конструкциях и изделиях на изгиб.
4.5.	Прочность при сдвиге
При испытаниях к образцу прикладывают две равные и противоположно направленные силы, вызывающие разрушение в параллельной им плоскости.
Различают три вида испытаний на сдвиг: скалывание вдоль волокон, скалывание поперек волокон и перерезание древесины поперек волокон. Схемы действия сил при этих испытаниях, а также плоскости разрушения, которые задаются, показаны на рис. 4.8. Каждый вид испытаний на сдвиг может быть проведен не только в радиальном, как показано на схемах, но и в тангенциальном направлении.
Для испытания на скалывание вдоль волокон применяют образец, форма и размеры которого показаны на рис. 4.9, а. На нем изображен образец для испытания на скалывание вдоль волокон в тангенциальной плоскости. Образец такой же формы, но с другим расположением годичных слоев применяется для скалывания
Рис. 4.8. Схемы действия сил при разных видах испытаний древесины на сдвиг:
а — скалывание вдоль волокон; б — скалывание поперек волокон; в — перерезание древесины поперек волокон
101
a
Рис. 4.9. Испытание древесины на скалывание вдоль волокон: а — образец; б — приспособление; 1 — корпус; 2 — пружина; 3 — ролики; 4 — подвижная планка; 5 — нажимная призма; 6 — образец; 7 — подвижная опора;
8 — прижимное устройство
в радиальной плоскости. После измерения (в миллиметрах) фактической толщины образца b и длины ожидаемой площадки скалывания / образец размещают в приспособлении, схема которого показана на рис. 4.9, б.
Образец располагают таким образом, чтобы его узкий выступ (шириной 18 мм) находился вверху. Разница в ширине выступов необходима для исключения погрешностей из-за возможного наклона волокон. Опору с помощью прижимного устройства перемещают настолько, чтобы она плотно прилегала к вертикальной плоскости образца и на нее опирался нижний торец короткой части образца.
Нагружают образец через нажимную призму с шаровой опорой. Для уменьшения влияния трения согласно ныне действующему стандарту между вертикальными плоскостями образца и корпуса приспособления помещают подвижную планку на роликовых опорах.
Продолжительность нагружения 0,5... 1,5 мин. Определив максимальную нагрузку Pmax, Н, вычисляют предел прочности с округлением до 0,1 МПа по формуле
р
(4.9)
Влажность разрушенного образца определяют, используя в качестве пробы его большую часть. Поправочный коэффициент на влажность а принимают равным 0,03 при скалывании как в радиальной, так и в тангенциальной плоскости.
102
Таблица 4.6
Предел прочности древесины, МПа, при скалывании вдоль волокон
Порода	Радиальная плоскость	Тангенциальная плоскость	Порода	Радиальная плоскость	Тангенциальная плоскость
Лиственница Сосна Ель Кедр Пихта сибирская Граб Ясень Клен Бук	9,8/6,2 7,4/4,2 6,8/4,0 6,4/3,8 5,9/3,7 14,7/8,5 13,4/9,2 12,0/7,7 12,1/7,3	9,1/5,7 7,2/4,4 6,7/4,3 6,4/4,0 5,7/3,6 18,5/10,7 13,0/8,6 13,7/8,5 14,0/8,7	Орех грецкий Дуб Береза Вяз Груша Липа Ольха Осина Тополь	10,7/5,8 9,9/7,4 9,0/5,8 8,9/6,4 8,6/5,5 8,4/5,5 8,0/5,1 6,2/3,5 6,0/3,3	11,4/6,0 11,8/8,8 10,9/7,0 9,9/7,2 13,3/7,9 8,0/4,9 9,8/6,2 8,4/4,9 7,2/4,!
Примечание. В числителе при влажности 12%, в знаменателе — 30% и более.
В табл. 4.6 приведены данные о прочности древесины при скалывании вдоль волокон. Эти данные, полученные путем испытания древесины в приспособлениях старого типа (без подвижной планки), завышены на 15 % за счет влияния трения.
Прочность древесины при скалывании вдоль волокон у лиственных пород примерно в 1,6 раза выше, чем у хвойных. При тангенциальном скалывании прочность древесины лиственных пород на 10.„30% выше, чем при радиальном; это превышение тем больше, чем лучше развиты в древесине сердцевинные лучи (граб, бук). Для древесины хвойных пород прочность при скалывании в обоих случаях примерно одинакова.
В среднем для всех пород предел прочности при скалывании вдоль волокон составляет примерно 1/5 от предела прочности при сжатии вдоль волокон.
Иногда проводят испытания на скалывание и перерезание древесины поперек волокон, используя другие виды образцов. Предел прочности при скалывании поперек волокон в 2 раза меньше, а предел прочности при перерезании поперек волокон в 4 раза больше, чем предел прочности при скалывании древесины вдоль волокон.
Древесина довольно часто работает в деревянных конструкциях на скалывание вдоль волокон (например, в соединениях стропильных ферм способом лобовых врубок); реже встречаются случаи работы на скалывание поперек волокон (например, в шпонках и шпунтовых соединениях) и перерезание поперек волокон (например, в нагелях).
103
4.6.	Деформативность
При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, исчезающие после разгрузки; остаточные деформации сравнительно малы. При кратковременных нагрузках (до определенного предела) наблюдается близкая к линейной зависимость между напряжениями и деформациями, т.е. древесина подчиняется закону Гука [см. формулу (3.12)]. Показателями деформативности древесины служат модули упругости, модули сдвига и коэффициенты поперечной деформации.
Модули упругости при растяжении (сжатии) определяют из соотношения
£ = р	(4.10)
где Е — модуль упругости, МПа; о — напряжение, МПа; е — деформация.
Различают модуль упругости вдоль волокон Еа и поперек волокон в радиальном Ег и тангенциальном Et направлениях. Для определения модулей упругости при испытаниях необходимо измерять не только нагрузку, но и деформации.
Модули упругости древесины зависят от породы. Вдоль волокон модуль упругости в 20...25 раз выше, чем поперек волокон. В радиальном направлении поперек волокон модуль упругости на 20...50% выше, чем в тангенциальном.
Средние данные о модулях упругости древесины в гигапаскалях (1 ГПа= 109 Па= 104 кгс/см2) при влажности 12% приведены в табл. 4.7.
Модули сдвига представляют собой коэффициенты пропорциональности G между касательными напряжениями т и угловыми деформациями у. В табл. 4.7 представлены значения модулей сдвига G древесины некоторых пород. Индексы обозначают направления, между которыми происходит изменение прямого угла в соответствующих плоскостях образца.
Таблица 4.7
Модули упругости и модули сдвига древесины, ГПа
Порода	При сжатии			При растяжении			Gm	Ga	G„
	Еа	Ег	Е,	Еа	Ег	Е,			
Сосна	11,9	0,67	0,55	11,9	0,54	0,47	1,23	0,76	—
Ель	14,4	0,64	0,40	14,5	0,66	0,46	—	—	—
Дуб	14,2	1,40	1,01	14,2	1,18	0,91	1,42	0,98	0,47
Береза	16,1	0,65	0,50	18,4	0,64	0,46	1,56	0,86	0,22
104
При растяжении или сжатии стержня его удлинение или укорочение сопровождается соответственно сужением или расширением стержня в поперечном направлении. Коэффициент поперечной деформации
Е]
И = — е
(4.11)
где е — деформация в направлении действия силы; Ej — деформация в поперечном направлении.
Поскольку древесина анизотропный материал, ц существенно зависит от модулей упругости Е в соответствующих направлениях. Данные Е. К. Ашкенази (ЛТА) и А. В.Дорожко (БелТИ) о модулях упругости, ГПа, и коэффициентах поперечной деформации древесины двух пород (первый индекс у ц указывает направление поперечной деформации, а второй — направление действия силы):
Еа Сосна.... 11,3 Береза ... 20,37
Er Et 1,74 0,90 1,19 0,64
Ига Ий
0,504 0,463
0,341 0,445
Par Ий
0,078 0,527
0,029 0,566
Pal Prl
0,045 0,306
0,013 0,321
У древесины ц в отличие от металла изменяется в очень широких пределах.
Реологические свойства древесины. Основные вещества, слагающие древесину, представляют собой природные полимеры с длинными гибкими цепными молекулами. Поэтому механические свойства древесины, так же как и других полимеров, должны изучаться на базе реологии (от гр. rheos — течение и logos — наука). Реология рассматривает общие законы деформирования материалов под действием нагрузки с учетом фактора времени. При кратковременных нагрузках древесина, как уже отмечалось, обладает свойствами сравнительно жесткого малодеформируемо-го тела. При увеличении времени действия нагрузок древесина ведет себя как весьма податливое тело, деформации которого довольно велики.
Было установлено, что под действием постоянной нагрузки, кроме упругой деформации, появляющейся в древесине немедленно после приложения нагрузки, с течением времени развиваются эластические деформации и остаточные деформации ползучести. Упругие и эластические деформации составляют обратимую часть общих деформаций. Они исчезают после снятия нагрузки (упругие деформации — сразу, а эластические — по истечении некоторого времени). Деформации ползучести (необратимая часть общих деформаций) сохраняются в древесине после снятия нагрузки при длительной выдержке в среде с постоянной температурой и влажностью.
105
Реологические показатели, характеризующие закономерности развития упругоэластических деформаций (мгновенный и длительный модули упругости, а также время релаксации), с повышением влажности и температуры древесины уменьшаются, что свидетельствует об увеличении ее податливости.
Гигро- и термомеханические деформации древесины. Увлажнение или нагревание нагруженной древесины приводит к увеличению общей деформации из-за снижения жесткости древесины. При этом образуются так называемые влажностно-силовые или температурно-силовые деформации. При последующей сушке или охлаждении они не исчезают и общая деформация нагруженной древесины сохраняется неизменной. После разгрузки обнаруживаются «замороженные» деформации. Поскольку они обусловлены превращением упругоэластических, т. е. обратимых деформаций, увлажнение или нагревание древесины приводит к их «размораживанию», исчезновению.
Таким образом, «замороженные» деформации образуются вследствие временной перестройки структуры древесины под управляющим воздействием нагрузки в процессе высыхания или охлаждения. Они вызывают эффект деформационной «памяти» древесины на температурно-влажностные воздействия, подробно исследованный в МЛТИ— МГУЛ автором совместно с Э. Б. Щедриной, Г. А. Горбачевой и Н. В. Скуратовым. Древесина «запоминает» также вид нагрузки и соответствующие ему деформации сжатия или растяжения. Нагревание (увлажнение) разгруженного объекта из древесины почти полностью восстанавливает его форму и размеры.
«Замороженные» деформации учитывают при расчете сушильных напряжений [24, 25], рассмотренных в п. 3.2. В остаточные деформации после сушки древесины, обозначаемые в мировой литературе как «сет-деформации», кроме «замороженных» деформаций входят также необратимые деформации ползучести.
При многократных циклических изменениях влажности нагруженной древесины жесткость (и прочность) ее снижается, т. е. наблюдается гигроусталость. Это явление было исследовано автором совместно с Н. В. Скуратовым и Л. В. Поповкиной при растяжении ели в тангенциальном направлении поперек волокон. После шести циклов увлажнения-сушки в пределах от 20 до 12 % при напряжениях 1,2 МПа модуль упругости снизился примерно на 30%.
Гигроусталость необходимо учитывать при использовании древесины в строительных конструкциях.
Данные о деформативности древесины поперек волокон, определенные в МЛТИ при реологических испытаниях [24], используются для расчета сушильных напряжений в пиломатериалах, при обосновании режимов резания древесины и для других целей.
106
4.7.	Эксплуатационные и технологические свойства
Прочность при длительных постоянных нагрузках. Это свойство исследовалось в связи с применением древесины в строительных конструкциях. Характер изменения прочности древесины в зависимости от времени действия нагрузки отражает логарифмическая кривая, асимптотически приближающаяся к прямой, которая соответствует напряжению, называемому пределом длительного сопротивления одс (рис. 4.10). В среднем для всех видов действия нагрузок стдс составляет примерно 0,5 ...0,6 предела прочности при кратковременных статических испытаниях. В ГСССД-Р-237—87 приведены значения коэффициента, на который умножают значение предела кратковременной прочности, чтобы получить предел прочности при заданной продолжительности действия нагрузки.
Прочность при переменных нагрузках. Некоторые деревянные конструкции во время эксплуатации подвергаются воздействию переменных по величине и направлению (вибрационных) нагрузок.
При низкочастотных механических воздействиях состояние древесины изменятся из-за повреждений на молекулярном уровне. В результате большого количества перемен (циклов) нагрузки эти повреждения постепенно накапливаются и приводят к разру
шению древесины, даже если напряжения сравнительно невелики. Указанное явление называют усталостью древесины.
На специальных машинах, которые поддерживают заданный режим нагружения, испытывают несколько серий образцов при различных напряжениях цикла, определяют количество циклов до разрушения и строят кривую усталости, напоминающую кривую длительного сопротивления (см. рис. 4.10). Только в данном
случае по оси абсцисс откладывают не время, а число циклов. Кривая асимптотически приближается к прямой, параллельной оси абсцисс. Эта прямая соответствует напряжению, которое называется пределом выносливости. Среднее значение предела выносливости для древесины составляет примерно 0,2 статического предела прочности.
Характеристика древесины как конструкционного материала. Рассмотренные выше показатели механических свойств относились к малым образцам чистой древе-
Рис. 4.10. Зависимость предела прочности древесины от продолжительности действия постоянной нагрузки
107
Рис. 4.11. Схема испытания древесины на ударную вязкость при изгибе
сины. При проектировании деревянных конструкций согласно строительным нормам и правилам СНиП П-25—80 в расчетах используют не пределы прочности малых образцов древесины, а в несколько раз меньшие показатели — расчетные сопротивления. Они учитывают большие размеры элементов конструкции, наличие пороков древесины, изменчивость ее свойств, длительность действия нагрузки, влажность, температуру и другие факторы. Так, при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе базисное расчетное сопротивление древесины
сосны и ели составляет 8... 16 МПа (в зависимости от сорта). Модули упругости вдоль и поперек волокон древесины всех пород принимаются равными соответственно 10 ГПа и 400 МПа.
Ударная вязкость. Способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения определяется при испытаниях на изгиб. Чем больше работа, потребная для излома образца Древесины, тем выше его ударная вязкость. Если древесина хрупкая, то для разрушения образца необходимо выполнить меньшую работу.
Испытания на ударный изгиб проводят, используя такие же образцы, как при испытаниях на статический изгиб. Однако в этом случае применяется специальная испытательная машина — маятниковый копер с запасом энергии 100 Дж. Схема испытаний показана на рис. 4.11.
Образец располагают так, чтобы он был прижат радиальной поверхностью к горизонтальным опорам и удар маятника пришелся бы на середину длины образца. Опоры и боек маятника имеют закругления радиусом 15 мм.
В исходном положении маятник обладает запасом энергий, определяемым высотой его подъема При падении маятник разрушает образец и поднимается на меньшую высоту Н2. При этом расходуется часть энергии, которую можно определить по разнице высот Я] и Н2. По шкале копра отсчитывают работу Q, Дж, затраченную на разрушение образца при изломе. Ударную вязкость, Дж/см2, вычисляют по формуле
0_ bh’
(4.12)
где b — ширина образца, см; h — высота образца, см.
108
Таблица 4.8
Ударная вязкость древесины, Дж/см2
Порода	При влажности 12 %/30% и более	Порода	При влажности 12 %/30% и более
Лиственница	5,3/4, 9	Ясень	8,9/7,4
Сосна	4,1/3,5	Осина	8,5/7,2
Ель	3,9/3,3	Бук	7,6/6,5
Кедр	3,1/2,6	Дуб	7,6/6,5
Пихта сибирская	3,2/2,7	Клен	7,6/6,5
Акация белая	19,0/16,1	Орех грецкий	7,4/6,3
Груша	11,6/9,8	Липа	5,8/4,9
Граб	9,9/8,4	Ольха	5,2/4,3
Береза	9,3/7,8	Тополь	3,9/3,3
Вяз	9,3/7,8		
Поправочный коэффициент на влажность для всех пород а=0,02.
Вязкая древесина с высоким сопротивлением ударному изгибу имеет защепистый излом, в то время как хрупкая древесина — раковистый.
Значения показателей ударной вязкости древесины основных пород даны в табл. 4.8.
Древесина лиственных пород в среднем имеет ударную вязкость в 2 раза (мягкие в 1,5 раза, твердые в 2,5 раза) больше, чем древесина хвойных пород. При радиальном изгибе древесина хвойных и кольцесосудистых лиственных пород имеет ударную вязкость на 20...50 % больше, чем при стандартизованном тангенциальном изгибе. Показатели ударной вязкости для расчетов конструкции не используются; они служат лишь для сравнительной оценки качества древесины.
Твердость. Это свойство древесины характеризует ее способность сопротивляться вдавливанию более твердого тела. Испытания на статическую твердость проводят на торцовой, радиальной и тангенциальной, поверхностях образца древесины путем вдавливания стального пуансона. Образцы изготовляют в форме призмы сечением 50 х 50 мм и длиной вдоль волокон не менее 50 мм.
Для испытаний на твердость используют такое же приспособление, как для сжатия поперек волокон, взяв пуансон с полусферическим наконечником радиусом г= 5,64 мм (рис. 4.12). Вдавливают пуансон на глубину 5,64 мм, что устанавливается по показаниям индикатора. В конце нагружения по шкале силоизмерителя машины отсчитывают нагрузку Р. После испытания в древесине остается отпечаток, площадь проекции которого при указанном радиусе полусферы составляет 100 мм2.
109
Статическая твердость образца, Н/мм2:
Hw = А-	(4-13)
пг
Если наблюдается раскалывание образцов, то пуансон вдавливают на глубину 2,82 мм и твердость подсчитывают по формуле
(4-14)
В обоих случаях определяют не давление и не напряжение, измеряемые в паскалях (Па), а некоторый условный показатель — величину усилий, приходящихся на единицу площади проекции отпечатка. Пересчетный коэффициент на влажность равен 0,03.
Статическая твердость торцовой поверхности выше, чем боковых поверхностей, у хвойных пород в среднем на 40 %, а у лиственных — на 30 %. У большинства пород различия между твердостью радиальной и тангенциальной поверхностей практически нет. Средние показатели для основных пород приведены в табл. 4.9.
Все отечественные породы по твердости торцовой поверхности древесины при влажности 12% можно разделить на три группы: мягкие (твердость 40 Н/мм2и менее), твердые (41 ...80 Н/мм2) и очень твердые (более 80 Н/мм2). К последней группе, кроме указанных в табл. 4.9 акации и граба, относятся береза желез
ная, глоговина, кизил, самшит, железное дерево, тис, хмелеграб, фисташка. По СТ СЭВ 1263 — 78 лиственные породы делятся на две группы: мягкие (твердость древесины до 49 Н/мм2) и твердые (твердость 50 Н/мм2 и более).
В. Г. Санаев (МЛТИ) определил твердость древесины на участках гораздо меньших, чем при стандартных испытаниях. Поздняя древесина, особенно у хвойных пород, имеет значительно большую (в 5... 6 раз) твердость, чем ранняя древесина годичного слоя.
Для определения ударной твердости по предложенному А. X. Певцовым стандартизованному методу на радиальную поверхность образца древесины сбрасывается с высоты 0,5 м стальной
Рис. 4.12. Схема испытания древесины на статическую твердость:
1 — образец; 2 — пуансон с полусферическим наконечником; 3 — индикатор часового типа
шарик диаметром 25 мм. От удара шарика остается отпечаток на поверхности образца, величина которого тем больше, чем меньше твердость древесины. Разделив работу, затраченную на удар (произведение веса шарика на высоту его падения), Дж, на площадь отпечат-
110
Таблица 4.9
Статическая твердость древесины, Н/мм2, на различных поверхностях
Порода	Торцовая поверхность	Радиальная поверхность	Тангенциальная поверхность
Лиственница	42,0/20,1	31,5/14,8	33,4/15,7
Сосна	28,4/13,2	22,5/10,6	23,2/10,9
Пихта сибирская	27,4/12,9	15,1/7,1	14,2/6,7
Ель	25,3/12,0	17,5/8,2	17,8/8,5
Кедр	21,6/10,3	14,8/7,0	15,4/7,2
Акация белая	94,2/56,2	58,9/39,6	75,9/45,4
Граб	88,4/52,5	75,9/45,2	78,1/46,4
Ясень	78,3/46,8	57,1/34,1	65,1/38,9
Груша	77,0/46,1	57,7/34,5	58,9/35,2
Клен	73,8/44,1	54,1/32,3	57,4/34,3
Дуб	66,5/39,2	54,5/32,6	47,5/28,4
Бук	65,1/38,7	53,2/31,7	49,5/22,5
Вяз	54,7/32,7	41,2/24,6	41,1/24,6
Береза	46,3/27,5	35,9/21,5	32,1/19,2
Ольха	39,2/23,5	26,5/15,9	28,2/16,8
Осина	25,8/15,4	18,7/11,2	19,6/11,7
Тополь	26,7/15,9	18,5/11,0	-/-
Липа	25,0/15,0	16,7/10,0	17,4/10,4
Примечание. В числителе при влажности 12%, в знаменателе — 30% и более.
ка, см2, получают характеристику ударной твердости, Дж/см2. Чем плотнее древесина, тем выше ее ударная твердость. Так, например, для акации этот показатель при влажности 12 % равен 1,21 Дж/см2, а для сосны — 0,72 Дж/см2.
Износостойкость. Так называется способность древесины сопротивляться износу, т. е. постепенному разрушению ее поверхностных зон при трении от воздействия абразивных элементов или микронеровностей более твердого тела. Первый вид износа наблюдается под воздействием песка и других абразивных частиц при истирании полов, палуб и т.д.; второй — в трущихся частях машин (вкладыши подшипников, оси и пр.).
Для первого случая износа в ЦНИИМОДе был разработан стандартный метод испытаний (ГОСТ 16483.39—81). Используется испытательная машина, которая обеспечивает истирание древесины прижимаемой к ней шлифовальной шкуркой при возвратно-поступательном движении образца с одновременным его поворотом. Образцы имеют форму призмы с основанием размером 50*50 мм и высотой 20 мм. На разных образцах испытывают износостойкость поверхностей поперечного, тангенциального и ради-
111
Таблица 4.10
Износостойкость древесины некоторых пород
Порода	Район произрастания	Показатель истирания, мм, поверхности разрезов		
		поперечного	радиального	тангенциального
Лиственница	Иркутская область	0,07	0,17	0,14
Сосна	То же	0,12	0,31	0,28
Ель	»	0,18	0,24	0,24
Пихта		0,18	' 0,26	0,30
Ясень	Татарстан	0,09	0,17	0,14
Береза	Архангельская область	0,13	0,26	0,29
ального разрезов древесины. Измеряют высоту и массу образца до испытаний, а также его массу после 400 возвратно-поступательных движений образца. Показатель истирания /, мм, вычисляют по формуле
, . гщ-т2
t = h-L^'	(4-15)
где h — высота образца до испытания, мм; тпь т2 — масса образца соответственно до и после испытания, г.
Данные об износостойкости древесины некоторых пород приведены в табл. 4.10. Из нее следует, что износ на боковых поверхностях значительно больше, чем на поверхности поперечного разреза. С повышением плотности и твердости древесины износ уменьшается. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.
Аналогичным образом влияют указанные факторы и на износ древесины в трущихся частях машин. Для определения износостойкости древесины в этом случае можно использовать метод Н.Н.Суродейкина. Неподвижно закрепленный образец древесины подвергается истиранию вращающейся втулкой из закаленной инструментальной стали, прижимаемой к образцу с определенным усилием. Показателем износа служит объем получающейся в образце лунки после определенного числа оборотов истирающей втулки.
Способность удерживать крепления. Уникальное свойство древесины удерживать гвозди, шурупы, скобы, костыли и другие крепления имеет важное практическое значение. При забивании гвоздя в древесину происходит ее частичное разрушение и возникают упругие деформации примыкающих областей. На боковую поверхность гвоздя со стороны деформированной древеси-
112
Рис. 4.13. Образец для испытания древесины на способность удерживать гвозди и шурупы
ны оказывается давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь.
Согласно разработанному ЦНИИМОДом стандартному методу (ГОСТ 16483.33—77) для определения сопротивления, которое оказывает древесина выдергиванию гвоздя или шурупа, используют образец, имеющий форму бруска сечением 50 х 50 мм и длиной 150 мм. Забивают гвозди или ввинчивают шурупы в соответствии со схемой, показанной на рис. 4.13. Для испытаний применяют гвозди диаметром 2 мм или шурупы диаметром 4 мм длиной не менее 50 мм. Гвозди забивают на глубину 30 мм, шурупы ввинчивают на 20 мм.
Выдергивание гвоздей (шурупов) проводят при равномерной скорости захвата машины за 1 ...3 мин.
Зафиксировав максимальную нагрузку Н, вычисляют удельное сопротивление выдергиванию гвоздей (шурупов), Н/мм,
=	(4.16)
где I — глубина забивания (ввинчивания) гвоздя (шурупа), мм.
Для каждого образца удельным сопротивлением выдергиванию гвоздей (шурупов) считают среднее арифметическое результатов двух определений.
Сопротивление выдергиванию гвоздей прежде всего зависит от направления. По данным МЛТИ, усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец образца из древесины дуба, сосны, осины, ольхи или ели, на 10...50 % меньше усилия, которое надо приложить для выдергивания гвоздя, забитого поперек волокон. Сопротивление выдергиванию гвоздей, забитых в радиальном и тангенциальном направлениях, практически одинаково.
С повышением плотности древесины сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается; так, при древесине граба плотностью 730 кг/м3 вдавливание и выдергивание гвоздей требуют усилий примерно в 4 раза больше, чем при древесине сосны плотностью 440 кг/м3.
Чем выше влажность древесины, тем меньше усилие, необходимое для забивания гвоздя. Гвоздь, забитый в сырую древесину,
113
после ее высыхания вытащить легче, чем гвоздь, забитый сразу в сухую древесину. Это объясняется тем, что в первом случае часть упругих деформаций переходит в «замороженные» (см. п. 4.6) и
трение, удерживающее гвоздь в древесине, снижается.
Усилия, необходимые для выдергивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдергивания гвоздей, так
как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву. Для шурупов одинакового с гвоздями диаметра, но вдвое меньшей длины это усилие оказалось в 2 раза больше [14].
Способность гнуться. Технологическая операция гнутья древесины основана на ее способности сравнительно легко деформироваться при действии изгибающих усилий. Предельная деформация, при которой разрушается древесина, у разных пород различная. Стандартного метода для оценки способности древесины принимать заданную форму при загибе пока нет. Однако известен следующий метод [14]: образец в форме бруска размерами 10x30x500 мм последовательно загибают на сменных шаблонах уменьшающегося радиуса до появления в образце явных следов начала разрушения (отщеп, складка, излом). Радиус последнего шаблона (на котором произошло разрушение образца) характеризует способность древесины к загибу. Эта способность выше у древесины кольцесосудистых пород (дуб, ясень и др.), а из рассеянно-сосудистых пород она высока у бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования «замороженных» деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.
Способность раскалываться. Раскалыванием древесины приня
то называть разделение ее вдоль волокон под действием нагрузки,
Рис. 4.14. Образец для испытания древесины на раскалывание
переданной через клин.
Для испытаний древесины на раскалывание используют стандартизованную методику, применяя образец с заранее выпиленным клиновидным вырезом. Форма и размеры образца показаны на рис. 4.14. На нем изображен образец для раскалывания в тангенциальной плоскости. Такой же образец, но с годичными слоями, направленными на торце вдоль высоты, применяется для раскалывания в радиальной плоскости. До испытаний измеряют ширину образца на уровне линии раскалывания, затем в бороздки образца
114
Таблица 4,11
Сопротивление древесины раскалыванию, Н/мм
Порода	По радиальной плоскости	По тангенциальной плоскости
Лиственница сибирская	13,4/8,3	13,3/8,2
Сосна	11,5/7,2	11,3/7,1
Ель сибирская	9,7/5,7	9,3/5,8
Пихта сибирская	7,4/4,6	9,0/5,6
Акация белая	20,9/13,0	27,2/16,8
Клен полевой	22,6/14,0	27,4/17,0
Ясень	22,2/13,6	23,0/14,2
Граб	21,0/13,0	28,2/17,6
Бук	16,7/10,4	25,2/15,7
Вяз	16,7/10,4	18,2/11,2
Дуб	16,6/10,3	22,5/14,0
Береза	16,5/10,3	20,6/12,8
Липа	14,6/9,0	17,9/11,4
Ольха	14,1/8,7	17,0/10,6
Осина	11,5/7,2	15,5/9,6
Тополь	10,0/6,1	13,1/8,1
Примечание. В числителе при влажности 12%, в знаменателе — 30% и более.
помещают подвижные захваты (стремена). Образец нагружают с постоянной скоростью, чтобы разрушение произошло через 1... 2 мин.
Сопротивление раскалыванию, Н/мм, вычисляют по формуле
Sw=^,	(4.17)
где — разрушающая нагрузка, Н; а — ширина образца, мм. Показатели, характеризующие сопротивление раскалыванию древесины некоторых пород, приведены в табл. 4.11.
Данные табл. 4.11 пригодны лишь для сравнительной оценки этого свойства древесины у разных пород. Сопротивление раскалыванию у древесины лиственных пород, особенно с хорошо развитыми сердцевинными лучами (дуб, бук), в тангенциальном направлении больше, чем в радиальном. У хвойных пород эта разница меньше (или совсем отсутствует). В среднем сопротивление раскалыванию у древесины лиственных пород больше, чем у хвойных.
Способность древесины раскалываться рассматривается как положительное свойство при заготовке колотых сортиментов (клеп-
115
ка, гонт, дранка и пр.) и как отрицательное при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.
Удельные характеристики механических свойств. Для сравнительной оценки качества древесины используют показатели ее механических свойств (пределы прочности, модуль упругости, ударную вязкость, твердость), отнесенные к единице плотности Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород оказывается выше, чем у лиственных.
Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость (особенно у древесины ели и пихты). По остальным свойствам удельные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.	’
Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость (зависит от модуля упругости) при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения, строительства и т.д., при отборе древесины для производства музыкальных инструментов и в других случаях.
По удельной прочности древесина вполне конкурентоспособна с другими современными материалами, а по удельной жесткости (вдоль волокон) во много раз превосходит полимеры. Так, например, удельная прочность при растяжении древесины сосны равна 206 кПа-м3/кг, дюралюминия 150... 175 кПа-м3/кг, стеклопластика 263 кПа-м3/кг. Удельная жесткость древесины сосны (вдоль волокон) 24,6 МПа-м3/кг, полиакрилатов 3,3 МПа-м3/кг, капрона 1,3 МПа-м3/кг.
Контрольные вопросы
1.	Какие особенности отличают механические испытания древесины от испытаний других материалов?
2.	Назовите соотношения между пределами прочности на растяжение, сжатие и статический изгиб древесины.
3.	Какой показатель определяют при испытании древесины на сжатие поперек волокон?
4.	Какой вид излома характерен для прочной древесины?
5.	Под действием каких напряжений происходит разрушение древесины при скалывании?
6.	Назовите причины образования «замороженных» остаточных деформаций.
7.	Как влияет длительность нагружения на пределы прочности древесины?
8.	В чем состоит отличие испытаний на ударную вязкость от испытаний на прочность древесины?
9.	На какие группы делятся породы по твердости древесины?
10.	Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в древесине.
116
Глава 5
ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ВЗАИМОСВЯЗИ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ
5.1.	Изменчивость свойств
Свойства древесины, как уже отмечалось, существенно зависят от породы. Однако и в пределах одной породы наблюдается изменчивость свойств, обусловленная возрастными изменениями дерева, влиянием окружающей среды и наследственными факторами. Особенности строения древесины отражаются на ее плотности. Чем толще клеточные стенки, длиннее волокна и больше содержание поздней древесины в годичных слоях, тем выше плотность древесины в целом.
Плотность, в свою очередь, тесно связана с большинством физических и механических свойств древесины. Поэтому, рассматривая закономерности изменения плотности, можно получить представление об изменчивости и других свойств.
Изменчивость свойств древесины в отдельном дереве. По радиусу ствола плотность периодически меняется, что особенно заметно у хвойных и кольцесосудистых лиственных пород. Например, у сосны плотность поздних зон в 2...3 раза выше, чем ранних. По мере удаления от сердцевины по радиусу ствола плотность ранних зон сначала несколько снижается, затем сохраняется постоянной и лишь у самой коры возрастает. Плотность поздних зон постепенно повышается в направлении от сердцевины к коре.
При объединении результатов испытаний образцов, взятых на разных уровнях ствола, было установлено [14], что у хвойных пород в возрасте спелости (сосна, кедр, лиственница) плотность древесины вначале возрастает по направлению от сердцевины к коре, достигает максимума примерно на 2/3 радиуса, после чего вновь начинает снижаться. В стволах кольцесосудистых лиственных пород (дуб, ясень) плотность древесины снижается, а в стволах рассеянно-сосудистых повышается в указанном направлении. У дальневосточных хвойных и лиственных пород, по данным ВИАМа, изменение плотности такое: от сердцевины к коре она сначала возрастает, достигает максимума, а затем вновь уменьшается.
Исследования ИЛД сибирских пород показали, что плотность у сосны непрерывно увеличивается от сердцевины к коре; у лиственницы максимальное значение плотности наблюдается на половине радиуса, а у ели там отмечается минимальное значение плотности. У березы плотность по направлению от сердцевины к коре повышается, а у сосны снижается. Для сосны, ели, березы и осины, произрастающих на северо-западе европейской части страны, получены общие закономерности [16], свидетельствующие об
117
Рис. 5.1. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны и березы [16]:
а — вершинная часть ствола; б — средняя; в — комлевая
увеличении плотности по мере удаления от сердцевины (рис. 5.1). Исключение составила лишь древесина осины, у которой в вершинной части ствола была обнаружена обратная зависимость.
У хвойных пород, особенно у сосны, выделяется примыкающая к сердцевине зона так называемой ювенильной (незрелой) древесины. Формирование ювенильной древесины происходит в первые 5... 20 лет жизни дерева. У ювенильной древесины тоньше клеточные стенки, короче волокна, меньше клеток в поздних зонах годичных слоев. Эта древесина отличается от зрелой меньшим содержанием целлюлозы, меньшей плотностью на сжатие вдоль волокон, большой продольной усушкой и другими особенностями.
По высоте ствола также наблюдается изменение плотности. По данным ИЛД для сибирских пород, у сосны, лиственницы, березы и осины плотность уменьшается по высоте ствола, а у ели она увеличивается. Отмечается большая изменчивость плотности по высоте ствола, чем по радиусу.
Зависимости, которые показаны на рис. 5.2, дают представление об изменении базисной плотности (рб) древесных пород, произрастающих в северо-западных районах европейской части страны.
Общность характера изменения плотности у ели и осины объясняется тем, что деревья этих пород (в отличие от сосны и березы) имеют низкоопущенную крону.
118
Рис. 5.2. Изменение плотности древесины по высоте ствола [16]:
1 — ель; 2 — сосна; 3 — береза; 4 — осина
Следует иметь в виду, что распределение плотности рц/B растущем дереве иное.
Изменчивость свойств древесины в пределах породы. Влияние возраста сказывается в повышении плотности древесины у наиболее старых деревьев. В разновозрастных насаждениях изменчивость плотности больше, чем в одновозрастных. У хвойных пород для деревьев одного возраста наблюдается обратная связь между диаметром ствола и плотностью древесины. Последняя зависит от формы ствола. У сосны, ели, березы с увеличением сбежистости ствола средняя плотность уменьшается.
О влиянии положения дерева в древостое нет единого мнения. В ряде работ отмечается, что наиболее плотная древесина наблюдается у мелких, угнетенных деревьев, однако в других работах было обнаружено, что такого качества древесина наблюдается у средних деревьев хвойных пород. Среди лиственных пород плотность древесины у наиболее крупных, господствующих деревьев выше, чем у отставших в росте. С увеличением густоты насаждения средняя плотность древесины хвойных пород увеличивается.
Широкий комплекс факторов, характеризующих влияние внешней среды, входит в понятие условия произрастания. Эти условия включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря, географическое положение древостоя и др. У хвойных пород при худших условиях произрастания образуется более плотная древесина. Для лиственных пород (береза, осина) на северо-западе европейской части страны наблюдается тенденция к увеличению плотности с улучшением почвенных условий.
Географическое положение насаждения обусловливает различия почвенных условий, количества осадков, продолжительности сезона вегетации, что, в свою очередь, влияет на плотность древесины. Многочисленные данные о плотности древесины из разных районов произрастания сосредоточены в таблицах ГСССД 69-84 и ГСССД-Р-237 —87 [1].
Лесохозяйственные мероприятия (рубкиухода, осушение, удобрения и т.д.) также оказывают влияние на плотность
119
древесины. По данным Института леса КНЦ РАН и ряда других организаций, при внесении удобрений в почву происходит увеличение прироста древесины, но снижается плотность древесины (для сосны примерно на 15 %). Другие лесохозяйственные мероприятия, направленные на получение максимального прироста, также вызывают некоторое снижение плотности древесины.
Влияние времени рубки на плотность и другие физико-механические свойства древесины экспериментально не было обнаружено. Необходимо иметь в виду, что древесина, срубленная в течение вегетационного периода, имеет тенденцию к снижению стойкости против гниения.
Окорение на корню и подсочка не оказывают существенного влияния на плотность.
5.2.	Связь между свойствами древесины
Наиболее тесная прямая связь, как уже отмечалось, существует между содержанием поздней древесины в годичных слоях и плотностью древесины в целом. В качестве примера на рис. 5.3 показана зависимость между плотностью абсолютно сухой древесины ели и содержанием поздней древесины в годичных слоях.
Средняя ширина годичных слоев (или число их в 1 см) также имеет корреляционную, но менее тесную связь с физико-механическими свойствами древесины. Для каждой хвойной породы существуют свои минимум и максимум числа годичных слоев в 1 см, соответственно ниже и выше которых физико-механические свойства снижаются. Так, предел изменения этого показателя у высококачественной древесины сосны и пихты кавказской составляет
Содержание поздней древесины, %
Рис. 5.3. Связь плотности древесины ели с содержанием поздней древесины в годичных слоях
от 3 до 25, у ели обыкновенной и аянской верхний предел доходит до 20, у лиственницы сибирской — до 30.
В древесине кольцесосудистых лиственных пород (дуб, ясень) ширина годичных слоев увеличивается за счет большего развития поздней древесины, поэтому физико-механические свойства древесины этих пород улучшаются с увеличением средней ширины годичных слоев. Наиболее высокое качество древесины наблюдается, если число годичных слоев в 1 см у дуба не больше 12, у ясеня
120
обыкновенного — не больше 9, у ясеня маньчжурского — не больше 10. У рассеянно-сосудистых лиственных пород не обнаруживается четко выраженной связи между шириной годичных слоев и свойствами древесины.
Связь между плотностью и прочностью с достаточной для практики точностью описывается корреляционными уравнениями прямой линии.
Существует тесная связь между отдельными механическими свойствами, например прочностью при сжатии вдоль волокон и прочностью при статическом изгибе. В свою очередь, прочность при сжатии вдоль волокон довольно тесно связана с твердостью торцовой поверхности. Между ударной твердостью и износостойкостью также наблюдается прямая связь. Наличие связей между различными механическими свойствами позволяет при контрольных испытаниях ограничиваться лишь определением плотности и прочности при сжатии вдоль волокон, а в случае необходимости, кроме того, определять предел прочности при статическом изгибе, скалывании вдоль волокон и ударную вязкость древесины.
Во всех отраслях техники развиваются неразрушающие испытания материалов. Эти испытания позволяют без нарушения целостности материала по косвенным признакам определить, например, его прочность. Не подвергая древесину разрушению, можно определить ее прочность, используя показатели макроструктуры древесины (ширина годичных слоев и содержание поздней древесины) а также плотность. Наиболее тесную связь с пределами прочности при основных видах действия сил имеет плотность древесины без пороков. Такие пороки, как трещины, сучки и ряд других, существенно снижая прочность древесины, не влияют на плотность, а некоторые даже увеличивают ее. Поэтому более надежны неразрушающие испытания, основанные на связи пределов прочности с жесткостью древесины. Определяя жесткость (модули упругости при статических или динамических нагрузках), можно без разрушения материала установить его прочность. Динамический модуль упругости удобно определять при ультразвуковых испытаниях. По скорости распространения ультразвуковых импульсов в древесине также можно оценить ее прочность.
Работы по созданию эффективных методов неразрушающих испытаний у нас и за рубежом проводятся применительно к сортировке пиломатериалов по прочности. Разработаны машины, через которые пропускают контролируемые доски на лесопильных заводах. Доски подвергают изгибу, что дает возможность непрерывно измерять модуль упругости, который связан с пределом прочности корреляционным уравнением. В справочнике [1] приведены разработанные ЦНИИМОДом уравнения регрессии, по
121
зволяющие получить пределы прочности пиломатериалов по модулям упругости при изгибе досок на пласть и кромку.
Эти уравнения даны для основных пород и сечений досок, выпиленных из древесины разных районов насаждений. Применение сортировки конструкционных пиломатериалов и заготовок по прочности позволяет сократить неоправданную отбраковку или перевод в низкие сорта значительной части материала.
5.3.	Изменение свойств древесины под воздействием физических и химических факторов
Влияние сушки. В процессе сушки происходит воздействие на сырую древесину пара, нагретого сухого или влажного воздуха, токов высокой частоты и других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной воды.
Правильно, с соблюдением режимов проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Если же высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это может не только привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.
Согласно данным ЦНИИМОДа, при высокотемпературной сушке с конечной температурой в камере 105... ПО °C продолжительность сушки сокращается в 1,5...2 раза, но прочность древесины сосны (в досках толщиной 30...60 мм) снижается (при сжатии вдоль волокон на 0,8...8,7 %, радиальном скалывании — на 1... 12 %, ударная вязкость — на 5... 10,5 %).
Сушка древесины в поле токов высокой частоты практически не оказывает остаточного влияния на физико-механические свойства древесины.
Влияние повышенных температур. Первые исследования Н. Н.Чу-лицкого [по 14], проведенные на древесине сосны, ясеня и дуба в абсолютно сухом состоянии, показали, что под действием температуры 80... 100°C в течение 16 сут предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5... 10%, а ударная вязкость — на 15...30 % (наибольшее снижение обнаружилось у дуба, наименьшее — у сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2...4 сут действия высокой температуры.
Позднее в ЦНИИМОДе исследовали последствия воздействия температуры 80... 140 °C. Было установлено, что механические свойства древесины сосны, лиственницы, березы снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.
122
Таблица 5.1
Влияние температуры и влажности на прочность древесины сосны при сжатии вдоль и поперек волокон
Показатель	Темпе-ратура, °C	Влажностьдревесины, %				
		0	15	30	50	100
Предел прочности	20	74,0	35,4	20,1	20,0	20,0
при сжатии вдоль	50	73,2	23,9	12,5	12,7	12,0
волокон, МПа	100	64,4	11,4	6,3	6,0	7,3
Условный предел	20	3,7	2,3	1,5	1,3	1,2
прочности при		7,7	4,1	2,2	2,1	2,0
сжатии поперек	50	2,5	1,7	1,2	1,3	1,1
волокон, МПа		5,4	2,8	1,3	1,4	1,4
	100	2,3	1,5	0,8	0,6	0,6
		5,0	1,7	0,8	0,7	0,7
Примечание. В числителе для радиального сжатия, в знаменателе — для тангенциального.
Ударная вязкость древесины, имеющей низкую влажность, уменьшается с повышением температуры, а при высокой влажности, наоборот, увеличивается (испытывалась древесина в нагретом состоянии).
Нагреванием древесины можно достичь снижения гигроскопичности и способности к последующему разбуханию и усушке, однако такая обработка неизбежно связана со снижением прочности и особенно ударной вязкости.
Воздействие высоких температур приводит к тому, что древесина становится хрупкой. Более сильное снижение ударной вязкости при нагревании древесины лиственных пород некоторые исследователи связывают с повышенным (в 2...3 раза) содержанием пентозанов.
Влияние температуры при разной влажности древесины на ее свойства иллюстрируют результаты опытов ЦНИИМОДа на древесине сосны (табл. 5.1).
Эти данные показывают, что прочность понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает большее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия. Влияние влажности наблюдается до предела насыщения клеточных стенок, дальнейшее увеличение влажности практически не отражается на прочности.
Воздействие повышенной температуры происходит при операциях пропаривания или проваривания в воде, применяющихся для увеличения податливости древесины при гнутье, прессова-
123
нии и т.д. иднако при этом происходит снижение прочности древесины (тем большее, чем выше температура и продолжительнее ее воздействие). Имеются данные о том, что пропаривание древесины хвойных пород снижает прочность при изгибе примерно на 10...20 % больше, чем проваривание.
Влияние низких температур. Проведенные А. А. Солнцевым [по 14] испытания увлажненной до насыщения и замороженной древесины сосны, дуба и березы показали, что ее прочность стала больше при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе в
Рис. 5.4. Влияние температуры на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны с разной влажностью:
1 — в абсолютно сухом состоянии; 2 — в насыщенном водой состоянии
среднем ка 35 %, при скалывании и раскалывании — на 75 %; в то же время ударная вязкость замороженной древесины сосны понизилась почти вдвое, а дуба — на 9 %.
Влияние температуры, изменяющейся от +100 до -80 °C, на прочность при сжатии вдоль волокон древесины сосны показано на рис. 5.4. Для области положительных повышенных температур использованы данные Ф. П. Белянкина, а для отрицательных температур — данные М.Д. Бойко (за 100 % принята прочность при влажности 0 % и температуре 0 °C) [по 14]. Характер влияния положительных температур одинаков дня абсолютно сухой и мокрой древесины. В то же время при отрицательных температурах прочность мокрой древесины резко возрастает с понижением температуры до -25...-30°C, после чего повышение прочности замедляется. При указанных температурах образуется уже столько ледяных включений, что они обеспечивают достаточную устойчивость стенок клеток.
Влияние ионизирующих излучений. Гамма-облучение, по данным А.С.Фрейдина (ЦНИИМОД), оказывает наименьшее влияние на сопротивление древесины сжатию. Значительно больше снижается при этом прочность на скалывание и еще сильнее падает сопротивление статическому изгибу. При двух последних видах испытаний древесины сосны резкое снижение прочности (на 20... 24 %) наблюдается уже после дозы 50 Мрад. При дозе облучения в 100 Мрад прочность снижается вдвое. Прочность при статическом изгибе после дозы облучения 500 Мрад составляет немногим более 10 %. Прочность на сжатие вдоль волокон при такой дозе снижается примерно на 30%, а доза облучения 100 Мрад практически не оказывает на нее влияния. Наиболее сильно вли-
124
нет облучение на ударную вязкость древесины. У древесины сосны после облучения дозой 50 Мрад ударная вязкость снизилась более чем в 2 раза.
Наиболее легко разлагаются гемицеллюлозы (в первую очередь пентозаны), более радиационно стойким веществом является цел-нюлоза, радиационная устойчивость лигнина еще выше. Поскольку лигнин лучше, чем целлюлоза, сопротивляется сжимающим । шгрузкам, облучение меньше снижает прочность древесины именно при сжатии вдоль волокон.
Использование радиоактивных изотопов для контроля технологических процессов обработки древесины вызывает ее облучение, однако доза облучения в миллионы раз меньше той, которая приводит к заметному снижению прочности. Применяемая лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых примерно 1 Мрад) практически не снижает механические свойства древесины.
Влияние кислот, щелочей и газов. Воздействие на малые образ-11Ы комнатно-сухой древесины серной, соляной и азотной кислот концентрацией 10% при температуре 15... 20'С приводит к снижению прочности при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе, ударной вязкости и твердости в среднем на 48% для ядра лиственницы и сосны и на 53...54% для ели (спелая древесина), бука и березы.
При воздействии на древесину в течение 4 недель щелочей были получены следующие данные: 2%-ный раствор аммиака почти не оказал влияния на прочность при статическом изгибе лиственницы, сосны, ели, но прочность дуба и бука снизилась на 34%, а липы — почти вдвое; 10%-ный раствор аммиака снизил прочность лиственницы на 8 %, сосны и ели — на 23 %, а лиственных пород — почти втрое. Едкий натр оказал более сильное влияние.
Таким образом, прочность древесины лиственных пород снижается под влиянием кислот и щелочей в значительно большей степени, чем хвойных.
Газы (SO2, SO3, NO, NO2) при длительном воздействии на древесину изменяют цвет последней и постепенно разрушают ее. При увлажнении древесины разрушение происходит интенсивнее. Смолистость уменьшает вредное влияние газов, а синева способствует поражению.
Влияние речной и морской воды. Испытания топляковой древесины из бревен сосны, ели, березы и осины показали [14], что после пребывания в речной воде в течение 10...30 лет прочность древесины практически не изменилась. Этот вывод был получен на основании сравнения данных топляковой древесины со средними данными обычной древесины тех же пород. Однако более длительное пребывание в воде вызывает снижение прочности наружных слоев древесины (толщиной 10... 15 мм). В то же время в
125
более глубоких слоях прочность древесины оказалась не ниже норм, допускаемых для здоровой древесины.
Пребывание в воде на протяжении нескольких сотен лет сильно изменяет свойства древесины. В зависимости от времени нахождения под водой цвет древесины дуба меняется от светло-коричневого до угольно-черного вследствие соединения дубильных веществ с солями железа. Древесина образующегося таким образом мореного дуба, пластичная в насыщенном водой состоянии, становится хрупкой после высушивания (усушка и разбухание ее в 1,5 раза больше, чем обычной древесины), при сушке склонна к растрескиванию. Прочность при сжатии, статическом изгибе и твердость снижаются примерно в 1,5 раза, а ударная вязкость — в 2...2,5 раза.
Эти выводы были в основном подтверждены результатами последних исследований МГУЛ (автор совместно с Я. Н. Станко, Л. В. Поповкиной) топляковой древесины, пребывавшей в речной воде сравнительно непродолжительно (15...20 лет) (лиственница, береза), так и длительно — до 1000 лет (дуб). Возраст мореного дуба определяют по повышению зольности древесины или радиоуглеродным анализом. Увеличение усадки древесины мореного дуба объясняется сморщиванием (коллапсом) клеток, толщина стенок которых существенно уменьшается. Точно определить, насколько изменились показатели свойств древесины из-за пребывания в воде, нельзя, так как неизвестны величины этих показателей до затопления древесины. Для установления возможности использования топляковой древесины проводят ее испытания и определяют степень отклонения полученных данных от справочных.
Сравнительные испытания показали, что прочность заболонной древесины сосны после пребывания в течение года в 3%-ном растворе морских солей снизилась при сжатии вдоль волокон на 15 %, при растяжении вдоль волокон — на 10 %, скалывании — на 5 %, ударная вязкость снизилась на 26 %. Механические свойства ядровой древесины после пребывания в растворе солей не изменились.
У древесины отрезков сосновых свай, взятых из сооружений морских портов в Баку и Махачкале и прослуживших в воде около 30 лет, показатели механических свойств оказались существенно снижены по сравнению с нормальной древесиной. Хотя из-за возможного несовпадения исходных свойств материала сопоставление условно. С. И. Ванин отмечает снижение прочности при растяжении вдоль волокон на 40...60 %, при статическом изгибе — на 60...70 % [по 14].
Следовательно, морская вода через сравнительно короткое время оказывает заметное влияние на прочность и ударную вязкость древесины.
126
Контрольные вопросы
1.	Как изменяется плотность древесины по высоте ствола?
2.	Что такое ювенильная древесина?
3.	Какая связь между жесткостью и прочностью древесины и где используется эта зависимость?
4.	Как влияет температура на прочность и вязкость древесины?
5.	Как влияет влажность на механические свойства древесины?
6.	Как влияют ионизирующие излучения на прочность древесины?
Глава 6
ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ
Изменения внешнего вида, нарушения правильности строения, целостности тканей и другие недостатки, снижающие качество древесины и ограничивающие возможности ее практического использования, называются пороками древесины.
В разработанном ЦНИИМОДом и ЦНИИМЭ и действующем с 1982 г. ГОСТ 2140 — 8 1 «Пороки древесины» были учтены соответствующие стандарты Международной организации по стандартизации (ИСО). В 1988, 1989 гг. появились стандарты ИСО на видимые пороки пиловочных бревен. В разработанных во второй половине 1990-х годов Европейским комитетом по стандартизации европейских стандартах ЕН 844.1 ...844.12 на круглые и пиленые лесоматериалы также содержатся сведения о пороках древесины. В русской версии этих стандартов, опубликованной Центром «Ле-сэксперт» ОАО «ЦНИИМЭ», использованы некоторые термины, определения и способы измерения пороков, принятые в международной торговле, но отличающиеся от отечественных. Поэтому при толковании понятий о пороках древесины, содержащихся в получившей распространение справочной литературе [5], следует руководствоваться общими древесиноведческими сведениями, в том числе приведенными ниже в соответствии с ГОСТ 2140—81.
Согласно ГОСТ 2140—81 все пороки разделены на девять групп: 1 — сучки; 2 — трещины; 3 — пороки формы ствола; 4 — пороки строения древесины; 5 — химические окраски; 6 — грибные поражения; 7 — биологические повреждения; 8 — инородные включения, механические повреждения и пороки обработки; 9 — покоробленное™.
В каждую группу входят несколько видов пороков, для некоторых пороков указаны их разновидности. Часть пороков характерна только для круглых лесоматериалов (бревен и др.), другие пороки свойственны только пилопродукции (доскам, брусьям, заготовкам) или шпону. Есть пороки, которые встречаются у двух или всех трех классов сортиментов.
127
i
6.1.	Сучки
Наиболее распространенный порок — сучки. Они представляют собой части (основания) ветвей, заключенные в древесине сортимента. По степени зарастания сучки различают только в круглых лесоматериалах, выделяя два вида: о т к р ы т ы е, т. е. выходящие на боковую поверхность сортимента, и заросшие, обнаруживаемые по вздутиям и другим следам зарастания на боковой поверхности.
По форме разреза сучки (в пилопродукции и шпоне) делятся на круглые, овальные и продолговатые. Круглый сучок (рис. 6.1, а) образуется в том случае, если основание ветви разрезают под большим углом к продольной оси так, что отношение большего диаметра сучка к меньшему не превышает 2*. Круглый сучок может быть обнаружен на тангенциальной поверхности сортимента. Овальный сучок (рис. 6.1, б) образуется, когда основание ветви разрезают под углом к ее продольной оси так, что отношение большего диаметра сучка к меньшему равно 2...4. Продолговатый сучок (рис. 6.1, в) образуется при разрезании основания ветви вдоль или под малым утлом к ее оси, если отношение большего диаметра к меньшему превышает 4. Продолговатый сучок в виде суживающейся к сердцевине полосы или сильно вытянутого овала может быть обнаружен на радиальном или близком к нему разрезе.
По положению в пиленом сортименте различают пластевые, кромочные, ребровые, торцовые и сшивные сучки. Пластевые сучки выходят на широкую сторону (пласть), кромочные — на узкую сторону (кромку), ребровые — одновременно на смежные пласть и кромку, торцовые — на короткую сторону (торец) сортимента. Если сучок пронизывает всю пласть или кромку и выходит на два ребра, его называют сшивным (рис. 6.2, а).
а
Рис. 6.1. Круглый (а), овальный (б) и продолговатый (в) сучки
* По стандарту ЕН 844.1 это отношение должно быть менее 1,5.
128
Кроме того, в пилопродукции выделяют сучки: односторонние, выходящие на одну или две смежные стороны сортимента, и сквозные, выходящие на две противоположные стороны сортимента.
По взаимному расположению в пиленом сортименте различают разбросанные, групповые и разветвленные сучки. Разбросанными называются любые одиночные сучки, отстоящие друг от друга по длине сортимен-
а	б
Рис. 6.2. Сшивной (о) и разветвленный (б) сучки
та на большее расстояние, чем его ширина. У широких сортиментов- (шириной более 150 мм) расстояние между сучками должно быть не менее 150 мм. Групповыми называются два или более круглых, овальных или ребровых сучка, расположенных на отрезке длины сортимента, равном его ширине. У широких сортиментов этот отрезок должен быть равен 150 мм. При мутовчатом расположении ветвей, особенно характерном для сосны и лиственницы, образуются разветвленные (старое название — лапчатые) сучки. Они обнаруживаются на радиальных или близких к ним разрезах и включают два продолговатых сучка одной мутовки (рис. 6.2, б) или один продолговатый в сочетании с овальным или ребровым сучком одной мутовки (между ними может быть и третий — круглый или овальный сучок).
По степени срастания с окружающей древесиной в пилопродукции и шпоне различают сросшиеся, частично сросшиеся и несросшиеся сучки, у которых годичные слои не срослись с окружающей древесиной на протяжении соответственно менее 1/4; более 1/4, но менее 3/4; более 3/4 периметра разреза сучка. Среди несросшихся суч-
ков выделяют выпадающие (рис. 6.3).
По состоянию древесины сучки во всех видах лесоматериалов делятся на здоровые, загнившие, гнилые и табачные. Здоровыми называются сучки, у которых древесина не имеет признаков гнили. Среди этой разновидности сучков в пилопродукции и шпоне выделяют сучки: светлые, окрашенные слегка темнее окружающей
Рис. 6.3. Выпадающий сучок
5 Уголев
129
a
б
Рис. 6.4. Измерение открытых (а) и заросших (0 сучков в круглых лесоматериалах:
1 — по бровке; 2 — по раневому пятну
древесины; темные, древесина которых пропитана смолой, дубильными и ядровыми веществами и поэтому значительно темнее окружающей древесины; здоровые с трещинами. Загнившими и гнилыми называются сучки, у которых зона гнили занимает соответственно менее или более 1/3 площади разреза. Табачными называют сучки, древесина которых полностью или частично сгнила и превратилась в рыхлую мас-
су ржаво-бурого (табачного) или белесого цвета, легко растирающуюся в порошок.
Характеристика сортиментов по сучковатости включает ука-
зание разновидностей, размера и количества сучков. В круглых лесоматериалах при установлении разновидностей открытых сучков по состоянию древесины иногда трудно отличить табачные сучки от других пораженных гнилью сучков. В этом случае применяют зондирование щупом. Если зона разрушения распространяется на глубину не более 3 см, то такие сучки в зависимости от площади поражения относят к загнившим или гнилым, если же зона разрушения распространяется на большую глубину (часто до сердцевины), то это табачные сучки.
Открытые сучки измеряют по их наименьшему диаметру (рис. 6.4, а), при этом присучковый наплыв в размер сучка не включают. Заросшие сучки оценивают по высоте прикрывающих их вздутий над боковой поверхностью сортиментов. У лиственных лесомате
риалов диаметр заросшего сучка можно определить по размеру раневого пятна или усам бровки (рис. 6.4, б). Хорошо заметная на гладкой коре некоторых пород (береза, бук, граб, осина) бровка в виде двух направленных под углом темных полосок — усов — возникает от давления разрастающейся ветви на древесину ствола. После отмирания и опадения ветви на месте заросшего сучка возникает раневое пятно, чаще всего правильной эллипсовидной формы.
Размер наиболее толстой части заросшего сучка в сортиментах из березы, бука, липы, ольхи и ясеня равен 0,9, а из осины — 0,6 максимального диаметра раневого пятна. В некоторых круглых сортиментах, например в фанерных кряжах, важно знать глубину залегания заросших сучков. Это, позволяет установить величину бес-сучковой зоны, из которой может быть получен шпон высокого
130
качества. Глубина залегания сучков в сортиментах из указанных пород может быть определена по соотношению между высотой и шириной раневого пятна и диаметру сортимента в месте зарастания сучка.
Таблицы для определения глубины залегания заросших сучков приведены в ГОСТ 2140—81. С уменьшением указанного соотношения при данном диаметре сортимента глубина залегания вершины заросшего сучка увеличивается. При одинаковом соотношении размеров раневого пятна залегание сучка тем глубже, чем больше диаметр сортимента.
В сортиментах из березы глубину залегания сучка можно определить также по величине угла между усами бровки. Чем больше угол между усами, тем глубже расположен заросший сучок (при постоянном диаметре сортимента). При одной и той же величине угла между усами глубина залегания больше у сортиментов большего диаметра. По длине уса можно ориентировочно судить о размере заросшего сучка. Длина уса, измеренная в сантиметрах, примерно соответствует размеру сучка в миллиметрах.
В пилопродукции и строганом шпоне размеры сучков определяют одним из двух способов: 1) по расстоянию между двумя касательными к контуру сучка, проведенными параллельно продольной оси сортимента, 2) по наименьшему диаметру сечения сучка. Круглые, овальные и продолговатые (или разветвленные) не выходящие на ребро сучки измеряют, как показано на рис. 6.5, первым (размеры оь а2 и т.д.) или вторым (размеры Ь}, Ь2 и т.д.)
Рис. 6.5. Измерение сучков в пилопродукции и строганом шпоне
131
способом*. Размер разветвленных сучков допускается определять, как сумму размеров составляющих сучков. Таким же образом определяют и размеры групповых сучков. В лущеном шпоне все сучки измеряют по наибольшему диаметру их сечения. Размеры сучков выражают в миллиметрах или в долях размера сортимента и подсчитывают их количество в круглых лесоматериалах и пило-продукции на 1 м или на всю длину сортимента, в шпоне — на 1 м2 или на всю площадь листа.
Количество, размеры и расположение сучков зависят от породы дерева, условий его роста и зоны ствола. Стволы теневыносливой породы — ели имеют больше сучков, чем стволы сосны; деревья, выросшие в сомкнутых древостоях, очищаются от сучков раньше и выше, чем дерево, выросшее на свободе; комлевая часть ствола имеет меньшую сучковатость, чем вершинная. Размеры одних и тех же сучков и состояние их древесины изменяются по радиусу ствола. По мере продвижения от коры вглубь ствола к сердцевине размеры сучков уменьшаются, несросшиеся сучки переходят в сросшиеся, уменьшается количество загнивших и гнилых сучков.
При использовании древесины сучки в большинстве случаев оказывают отрицательное влияние — часто ухудшают внешний вид древесины, нарушают ее однородность и вызывают искривление волокон и годичных слоев, что приводит к снижению показателей многих механических свойств древесины. Вследствие большей твердости по сравнению с окружающей древесиной здоровые и особенно темные (роговые) сучки затрудняют обработку древесины режущими инструментами. Табачные сучки в круглых сортиментах сопровождаются скрытой ядровой гнилью.
Степень влияния сучка на механические свойства зависит от его относительных размеров, разновидности и характера напряженного состояния нагруженной детали изделия или конструкции. Наименьшее отрицательное влияние оказывают здоровые, круглые, вполне сросшиеся сучки, а наибольшее — сшивные и групповые. Наиболее сильно снижается прочность древесины при растяжении вдоль волокон, меньше всего — при сжатии вдоль волокон. При изгибе степень влияния существенно зависит от положения сучка по длине и высоте детали. Наибольшее отрицательное влияние оказывают сучки, расположенные в растянутой зоне опасного сечения изгибаемой детали, особенно если сучок выходит на кромку.
По данным Н. Л. Леонтьева (ЦНИИМОД), для заготовок из древесины сосны наблюдается близкая к пропорциональной зависимость между относительным размером сучка (в долях ширины или толщины заготовки) и прочностью при статическом из
* По стандарту ЕН 1310 в качестве основного принят способ определения размера сучка как полусуммы большей и меньшей осей его сечения.
132
гибе и сжатии вдоль волокон (в процентах от прочности чистой древесины). Следовательно, при размере сучка 0,3 и 0,5 прочность снизится соответственно на 30 и 50 %. Аналогичная зависимость была обнаружена А.Л. Михайличенко (ЦНИИМОД) при изгибе древесины березы и бука. У древесины дуба влияние размера сучков на прочность выражено слабее.
Прочность увеличивается из-за наличия сучков при сжатии и растяжении древесины в радиальном направлении поперек волокон, когда ось сучка совпадает с направлением усилия. Сучки повышают прочность и при скалывании вдоль волокон в тангенциальном направлении, когда они расположены перпендикулярно плоскости скалывания.
В отверстия, остающиеся после выпавших сучков, при необходимости вставляют деревянные пробки (на клею или без него). Иногда специально высверливают сучки и заделывают отверстия пробками. Прочность древесины при этом не повышается, так как искривления волокон вокруг пробок по-прежнему остаются.
С увеличением размера сучков модули упругости при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе снижаются, а при растяжении и сжатии поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях сильно возрастают в связи с большей жесткостью древесины самих сучков.
В. П. Левченко (Украинская сельскохозяйственная академия — УСХА) исследовал влияние сучков на механические свойства круглых лесоматериалов из древесины сосны. Снижение предела прочности при сжатии вдоль волокон образцов диаметром от 8,5 до 12 см с увеличением отношения размера наиболее крупного сучка в мутовке к диаметру образца от 0,18 до 0,61 составило от 4 до 18 % по сравнению с чистой древесиной. Примерно такое же снижение прочности было установлено при испытании образцов на статический изгиб, если крупный сучок находился в растянутой зоне. У образцов диаметром 16 см и более не обнаружено существенного влияния сучков на прочность при сжатии вдоль волокон. Таким образом, в пиломатериалах сучки оказывают большее влияние на прочность, чем в круглых лесоматериалах. В круглых лесоматериалах, так же как и в пиломатериалах, сучки меньше влияют на модуль упругости, чем на прочность.
6.2.	Трещины
Трещины — это продольные разрывы древесины, которые образуются под действием внутренних напряжений, достигающих предела прочности древесины на растяжение поперек волокон.
Трещины в круглых лесоматериалах и пилопродукции делятся но типу на метиковые, отлупные и морозные, появляющиеся в
133
Рис. 6.6. Метиковые трещины:
а — простая; б, в — сложные
растущем дереве, и трещины усушки, возникающие в срубленной древесине.
Метиковые трещины представляют собой внутренние радиальные трещины в стволах деревьев. Встречаются они у всех пород, особенно часто у сосны, лиственницы, бука преимущественно в перестойных древостоях. Протяженность трещины по стволу достигает 10 м и более, иногда трещина от комля доходит до живой кроны. В круглых лесоматериалах метиковые трещины заметны только на торцах (лучше на комлевых), так как, начинаясь от сердцевины, они до коры не доходят и на боковой поверхности не видны. В пиломатериалах эти трещины обнаруживаются как на торцах, так и на боковых поверхностях. Простой называется метиковая трещина (или две трещины, направленные по одному диаметру торца), расположенная в одной плоскости по длине сортимента (рис. 6.6, а). Сложными называются две или несколько трещин, направленных на торце под углом друг к другу (рис. 6.6, б), а также одна или две трещины, направленные по одному диаметру, но из-за спирального расположения волокон находящиеся не в одной плоскости (рис. 6.6, в). Метиковые трещины возникают в процессе роста дерева. Существует мнение, что трещины образуются и при валке дерева от ударов о землю. При высыхании древесины размеры трещины увеличиваются. Метиковые трещины представляют собой не сплошные, а прерывистые разрывы по длине сортимента.
От л у пн ы е трещины — это отслоения (по годичному слою) древесины внутри ядра или спелой древесины стволов растущих деревьев; встречаются у всех пород. Отлуп можно обнаружить в круглых лесоматериалах только на торцах в виде дугообразных (не заполненных смолой) или кольцевых трещин (рис. 6.7, а, б), в пиломатериалах — на торцах в виде трещин-луночек, а на боковых поверхностях в виде продольных трещин или желобчатых углублений (рис. 6.7, в).
До сих пор причина появления отлупных трещин точно не установлена. Отлупные трещины образуются в местах резкого перехода мелкослойной древесины в крупнослойную. Возникновение отлупа может быть связано с образованием внутренней гнили [2], а у сосны и у лиственных пород — водослоя (см. далее).
134
Рис. 6.7. Отлупные трещины: а, б — в круглых сортиментах; в — в пиломатериалах
Рис. 6.8. Морозная трещина
Морозные трещины представляют собой наружные продольные разрывы древесины стволов растущих деревьев лиственных (реже хвойных) пород; распространяются вглубь ствола по радиальным направлениям (рис. 6.8). Они образуются при резком снижении температуры зимой. На них похожи старые трещины, возникшие от удара молнии. На поверхности ствола этот порок имеет вид длинной открытой трещины, часто с валиками разросшейся древесины и коры по краям. Морозные трещины располагаются в комлевой части ствола.
В круглых лесоматериалах морозные трещины хорошо заметны на боковой поверхности и торцах; снаружи они имеют наибольшую ширину, уходят вглубь древесины (часто до сердцевины), постепенно суживаясь. В пиломатериалах они обнаруживаются в виде длинных радиальных трещин с уширенными около них годичными слоями.
Трещины усушки возникают в лесоматериалах под действием внутренних сушильных напряжений. Трещины распространяются от боковой поверхности вглубь сортимента по радиальным 1 вправлениям. От метиковых и морозных трещин они отличаются меньшим протяжением по длине сортимента (обычно не более 1 м) и меньшей глубиной. Эти трещины могут появляться на торцовых поверхностях круглых сортиментов и пиломатериалов из-за неравномерности просыхания их по длине. В конечной стадии сушки пиломатериалов крупного сечения (чаще лиственных пород) иногда появляются внутренние трещины (свищи), которые обнаруживаются при раскрое сортиментов.
135
По расположению в сортименте различают торцовые трещины (рис. 6.9, а), находящиеся на торцах и не выходящие на боковые стороны сортимента, и боковые трещины, которые расположены на боковых сторонах сортимента и могут выходить на торцы. Среди боковых трещин в пиленых сортиментах различают пластевые (рис. 6.9, б) и кромочные (рис. 6.9, в).
Если трещины распространяются на глубину менее 1/10 толщины сортимента (но не более 7 см для круглых лесоматериалов и 5 мм для пилопродукции), они называются неглубокими, если на большую глубину (но не имеют второго выхода на боковую поверхность) — глубокими. Сквозными называются трещины, выходящие на две боковые стороны или на два торца сортимента, а также отлупные трещины, выходящие в двух местах на одну сторону сортимента (могут образовать желобок). В шпоне трещины шириной менее 0,2 мм называются сомкнутыми, а более широкие — разошедшимися.
Боковые трещины измеряют по глубине сортимента в миллиметрах, а по длине в сантиметрах или соответственно в долях толщины и длины сортимента. Для измерения глубины пользуются тонким стальным щупом. Торцовые метиковые, отлупные и морозные трещины в круглых лесоматериалах измеряют по наименьшей толщине сердцевинной доски, или диаметру окружности, в которую они могут быть вписаны, или по наименьшей ширине неповрежденной периферической зоны торца. Торцовые трещины усушки в круглых лесоматериалах измеряют по глубине. В пилопродукции торцовые трещины измеряют по протяженности на торце в миллиметрах или в долях той стороны сортимента, на которой их проекция больше. Отлупные торцовые трещины в пилопродукции измеряют по хорде, а если трещина занимает более половины окружности годичного слоя — по диаметру. В шпоне трещины измеряют по длине, а разошедшиеся трещины — и по ширине; учитывают количество трещин на 1 м ширины листа.
Наименьшее снижение прочности из-за трещин наблюдается при сжатии вдоль или поперек волокон, наибольшее — при растяжении поперек волокон, если трещина расположена в плоскости, перпендикулярной направлению действия усилия, а также
Рис. 6.9. Торцовые (а), пластевые (б) и кромочные (в) трещины
при скалывании, если трещина совпадает с плоскостью скалывания. При изгибе наибольшее отрицательное влияние оказывает трещина, перпендикулярная направлению изгибающего усилия и расположенная в нейтральной плоскости. Здесь нормальные напряжения отсутствуют, но касательные напряжения
136
максимальные и снижение прочности пропорционально уменьшению площади, работающей на скалывание. Поданным Н. Л. Леонтьева, трещины не оказывают влияния на модуль упругости при растяжении и сжатии вдоль волокон, но сильно снижают модуль упругости при статическом изгибе в том случае, когда плоскость трещины перпендикулярна направлению изгибающего усилия.
Трещины — один из главных факторов снижения прочности сортиментов, применяемых в строительстве. Ограничения в допуске трещин объясняются также и тем, что они способствуют проникновению влаги и спор грибов вглубь сортимента.
6.3.	Пороки формы ствола
Сбежистость. Для всех стволов деревьев характерно постепенное уменьшение диаметра в направлении от комля к вершине (сбег). Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, то такое явление считается пороком — сбежистостью. Сбежистость измеряют как разность между комлевым и вершинным диаметрами у круглого сортимента (в комлевых бревнах нижний диаметр измеряют на расстоянии 1 м от комлевого торца), а у цеобрезных пиломатериалов — между шириной комлевого и вершинного конца. Полученную разность относят к общей длине сортимента и выражают в сантиметрах на 1 м или в процентах.
Стволы лиственных пород более сбежисты, чем хвойных. Сильно сбежистые стволы у деревьев, выросших на свободе или в редком древостое. Чем выше бонитет насаждения, тем стволы полнодре-песнее, т.е. менее сбежисты. Наименьшая сбежистость характерна для сортиментов, выпиленных из средней части ствола, наибольшая — из вершинной. Сбежистость увеличивает количество отходов при распиловке сортиментов и их лущении и косвенным образом влияет на прочность, так как становится причиной появления в пиломатериалах порока — радиального наклона волокон.
Закомелистость. Это такой случай сбежистости, когда наблюдается резкое увеличение диаметра в нижней части ствола; диаметр круглых лесоматериалов или ширина необрезной пилопродукции у комлевого торца более чем в 1,2 раза превышает диаметр (ширину) сортимента на расстоянии 1 м от этого торца.
Округлой закомелистость называется в том случае, если поперечное сечение комлевой части имеет форму, близкую к окруж-। юсти (рис. 6.10, а). Ребристая закомелистость характеризуется многолопастной формой поперечного сечения. На боковой поверхности сортимента видны продольные углубления (рис. 6.10, б).
Закомелистость измеряют как разность диаметров (для необрез-ных пиломатериалов — ширин) комлевого торца и сечения на
137
Рис. 6.10. Закомелистости: а — округлая; б — ребристая
расстоянии 1 м от него. При ребристой закомелистости допускается определять разницу между максимальным и минимальным диаметром комлевого торца.
Овальность. Так называется эл-липсовидность формы торца круглых лесоматериалов, при которой наибольший диаметр не менее чем в 1,5 раза превышает меньший. Порок измеряют как разность указанных диаметров. Овальность сопровождает крень или тяговую древесину.
Наросты. Так называют местные утолщения ствола. Они могут быть с гладкой (сувели — рис. 6.11) или бугристой окоренной поверхностью и спящими почками (капы). Иногда капы можно отличить от сувелей по наличию на них побегов. Наросты образуются в результате неблагоприятного воздействия грибов, бактерий, вирусов, химических агентов, радиации, механических повреждений и т.п. Особенности формирования наростов, обусловленные нарушением ростовых процессов, исследованы в работах В. В. Коровина, Л. Л. Новицкой и др. На продольном разрезе суве-ля (см. рис. 6.11, а) годичные слои изогнуты и повторяют наружные очертания нароста. Для капов характерно свилеватое строение древесины. У хвойных пород образуются преимущественно сувели, у лиственных — наросты обоих типов. Свилеватость древесины капов и наличие в ней многочисленных следов спящих почек создает очень красивую текстуру на разрезах. Особенно декоративна текстура капов грецкого ореха. Прикорневые капы часто достигают значительных размеров. У ореха и березы они могут весить сот
Рис. 6.11. Сувели;
а — продольный разрез; б — внешний вид с корой
138
ни килограмм, а иногда и больше тонны. На стволах карельской березы часто образуются шаровидные утолщения с характерной текстурой (см. рис. 3.1, в). Древесина сувелей имеет большую усушку вдоль волокон (от 0,5 до 1,0 %), низкий модуль упругости и малую прочность при сжатии вдоль волокон. Древесина капов более плотная и твердая, чем нормальная стволовая древесина, и имеет менее выраженную анизотропию. Наросты измеряют по длине и ширине. Они затрудняют использование круглых лесоматериалов и осложняют их переработку, однако древесина капов высоко ценится как материал для художественных поделок и сырье для облицовочного строганого шпона.
Кривизна. Искривление ствола по длине встречается у всех древесных пород. Вследствие потери верхушечного побега и замены его боковой ветвью, из-за наклона дерева в сторону лучшего освещения, при росте на горных склонах и по другим причинам ствол дерева может оказаться искривленным. Различают простую и сложную кривизну, характеризующуюся соответственно одним или несколькими изгибами сортимента.
Простую кривизну измеряют как величину стрелы прогиба сортимента в месте его искривления (в процентах от протяженности искривленного участка сортимента). При раскряжевке длинного сортимента на короткие кривизна их оказывается меньше примерно во столько раз, на сколько равных частей был разрезан длинный сортимент. Сложную кривизну характеризуют величиной наибольшего искривления, измеряемого так же, как в случае простой кривизны.
Пороки формы ствола увеличивают количество отходов при распиловке и лущении круглых сортиментов и являются причиной появления радиального наклона волокон в пиломатериалах и шпоне.
6.4.	Пороки строения древесины
Все пороки этой группы можно разделить на семь подгрупп.
1.	НЕПРАВИЛЬНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ВОЛОКОН И ГОДИЧНЫХ СЛОЕВ. Наклон волокон. Отклонение волокон от продольной оси сортимента (раньше этот порок назывался косослоем) встречается у всех пород. В круглых лесоматериалах наклон обусловлен природным спиральным расположением волокон; обнаруживается на боковой поверхности по направлению бороздок коры или в окоренных сортиментах по винтовым трещинам (рис. 6.12, а). В пилопродукции и шпоне различают две разновидности этого порока — тангенциальный и радиальный наклон. Тангенциальный наклон волокон обнаруживается на тангенциальном разрезе по отклонению направления смоляных ходов, сосудов,
139
Рис. 6.12. Разновидности наклона волокон и способы его измерения: а — тангенциальный наклон в круглых лесоматериалах; б, в — тангенциальный и радиальный наклоны волокон;в пилопродукции
сердцевинных лучей, трещин и полосок грибных поражений от продольной оси сортимента (рис. 6.12, б).
Если указанные признаки выражены недостаточно четко, то следует прочертить риски тонким, но не острым инструментом или провести пробное раскалывание вдоль волокон; отклонение риски от продольной оси сортимента или неплоскостность поверхности радиального раскола укажут на наличие порока.
Наклон волокон на тангенциальной поверхности пиломатериалов может не быть связан со спиральным расположением волокон в стволе дерева, а возникнуть в результате распиловки прямоволокнистой доски (бруса) на мелкие детали при направлении резов под углом к продольной оси исходного сортимента. У такого порока в отличие от природного тангенциального наклона волокон одинаковые углы наклона волокон на противоположных сторонах сортимента.
Радиальный наклон волокон наблюдается при перерезании годичных слоев на радиальной или близкой к ней поверхности пиломатериала. Указанная разновидность наклона волокон (по старой терминологии — искусственный косослой) получается при распиловке сильно сбежистых, закомелистых и кривых бревен. Если резы пилы проходят параллельно продольной оси бревна, то годичные слои и, следовательно, волокна на радиальной поверхности пиломатериала оказываются под углом к ребру сортимента (рис. 6.12, в). В этом случае на тангенциальной поверхности пиломатериалов, а также на лущеном шпоне видны близко расположенные границы годичных слоев.
Наклон волокон круглых лесоматериалов измеряют в наиболее типичном месте проявления порока — на боковой поверхности — как отклонение волокон от линии, параллельной продольной оси сортимента, на протяжении 1 м и выражают в процентах или сантиметрах. В комлевых бревнах наклон волокон измеряют, отступив 1 м от нижнего торца*. Допускается измерять порок на верхнем
* Такой метод принят и в европейском стандарте ЕН 1310.
140
торце по хорде h (см. рис. 6.12, а) в сантиметрах или долях диаметра торца. В пилопродукции наклон волокон измеряют как отклонение h (см. рис. 6.12, б, в) на длине 7, равной не менее двойной ширины сортимента (в процентах от длины этого участка по продольной оси).
В шпоне тангенциальный наклон измеряют так же, как в пилопродукции, а радиальный наклон — по средней ширине перерезанных годичных слоев, которые подсчитывают на отрезке длиной 100 мм в том участке тангенциальной поверхности листа, где эти слои расположены наиболее тесно.
Чем больше наклон волокон, тем сильнее снижается прочность древесины. Наибольшее снижение прочности наблюдается при растяжении вдоль волокон, заметно снижается прочность при статическом изгибе; наименьшее влияние оказывает этот порок на прочность при сжатии вдоль волокон. По данным Н. Л. Леонтьева, наклон волокон, равный 12%, вызывает снижение предела прочности сосны при сжатии вдоль волокон на 3 %, при статическом изгибе на 11 %, а при растяжении вдоль волокон на 14 %. Модуль упругости также существенно снижается при увеличении наклона волокон, особенно при сжатии вдоль волокон.
Наклон волокон увеличивает усушку сортиментов в продольном направлении и служит причиной образования винтовой по-коробленности (крыловатости) пиломатериалов, скручивания столбов. Кроме того, наклон волокон затрудняет механическую обработку древесины и снижает ее способность к изгибу.
Свилеватость. Так называется извилистое и беспорядочное расположение волокон, которое встречается чаще всего у лиственных пород.
Волнистая свилеватость выражается в более или менее упорядоченном расположении волнообразно изогнутых волокон и образует характерную струйчатую текстуру (рис. 6.13). Такое расположение волокон наблюдается преимущественно в комлевой части ствола, особенно в местах перехода ствола в корни.
Путаная свилеватость характеризуется беспорядочным расположением волокон; встречается главным образом в древесине наростов типа капов.
Обычно свилеватость представляет собой местный порок, так как ограничивается отдельными участками древесины, но иногда может обнаружиться на большом протяжении ствола, например в карельской березе (см. рис. 3.1, в). Согласно исследованиям Н. О. Соколова, А.Я.Любавской и другие, для такой древесины характерно наличие крупных ложношироких сердцевинных лучей, содержащих скопления мелких паренхимных клеток. Своеобразный коричневатый узорчатый рисунок обусловливается бурым пигментом, находящимся в клетках ложношироких лучей и участков паренхимы.
141
Рис. 6.13. Волнистая свилеватость у березы
Измерив ширину и длину свилеватой части поверхности, устанавливают процент площади поверхности сортимента, занятой пороком. Свилеватость снижает прочность при растяжении, увеличивает ударную вязкость и сопротивление раскалыванию. Механическая обработка свилеватой древесины затруднена. Вместе с тем свилеватость (особенно путаная) создает красивую текстуру, которая высоко ценится при использовании древесины в качестве декоративного материала, поэтому свилеватость следует считать условным пороком.
Завиток. Это местное искривление годичных слоев у сучков и проростей. На боковых поверхностях пилопродукции и в шпоне заметны скобообразные, изог
нутые или замкнутые концентрические контуры искривленных годичных слоев. Односторонним называется завиток, выходящий на одну или две смежные стороны сортимента (рис. 6.14), сквозным — выходящий на две противоположные стороны сортимента.
На боковых поверхностях пилопродукции и в шпоне измеряют ширину и длину завитка, а также подсчитывают число завитков на 1 м или на всей длине сортимента в пиломатериалах и заготовках и на 1 м2 или на всей поверхности листа в шпоне. Завитки, окружающие сучки, допустимые в данном сортименте, не учитываются.
Наибольшее снижение прочности наблюдается при наличии сквозных завитков, находящихся под действием растягивающих напряжений. Завитки снижают также ударную вязкость. Особенно опасны завитки для мелких сортиментов.
2.	РЕАКТИВНАЯ ДРЕВЕСИНА. В наклоненных и изогнутых стволах и ветвях образуется особая древесина, получившая в мировой ботанической литературе название реактивной. Этот порок возникает под действием силы тяжести, вызывающей перераспределение веществ, стимулирующих или подавляющих ростовые процессы, ветровой нагрузки, напряжений роста, осмотического давления и других факторов.
Крень. Этот порок строения древесины хвойных пород выражается в кажущемся увеличении ширины поздней
Рис. 6.14. Односторонний завиток
142
юны годичных слоев. Креневая древесина лишь по цвету напоминает позднюю. Крень образуется преимущественно в сжатой зоне изогнутых или наклоненных стволов, т. е. на нижней, обращенной к земле стороне.
Сплошная крень (рис. 6.15, а) обнаруживается на торцах стволов, длительно подвергавшихся изгибу, в виде темноокра-шенного участка, занимающего иногда более половины сечения, которое имеет овальную форму. Сердцевина смещена в сторону участка нормальной древесины. В креневой древесине годичные слои значительно шире, а в пределах каждого годичного слоя переход от светлой к темной зоне менее резкий, чем в нормальной древесине. Обычно поверхность креневой древесины более гладкая, чем у нормальной древесины. Сплошная крень чаще наблюдается в комлевой части наклоненных стволов; ее можно наблюдать и в растянутой зоне искривленных стволов, а также в нижней (сжатой) зоне ветвей.
Местная крень (рис. 6.15, б) возникает при кратковременном изгибе ствола или действии других факторов. На торце ствола она заметна в виде дугообразных участков, захватывающих один или несколько годичных слоев.
На боковых поверхностях пилопродукции и шпона сплошная и местная крень имеет вид тусклых темных полос различной ширины. Особенно часто встречается и хорошо заметна крень у спелодревесных пород — ели и пихты; в темноокрашенной ядровой зоне лиственницы, сосны, кедра крень видна хуже.
Крень измеряют по ширине и длине занятой ею зоны; можно также определять долю (в процентах) площади стороны сортимента, занятой этим пороком.
Креневые трахеиды имеют округлую форму поперечного сечения; остаются крупные межклетные пространства. Толщина стенок в 2 раза больше, чем в нормальных трахеидах. Слой 53 (см. рис. 1.7) в стенках отсутствует, а в слое S2 микрофибриллы наклонены под
Рис. 6.15. Разновидности крени: а — сплошная; б — местная
143
углом 45°, т.е. значительно больше, чем обычно. Это обнаруживается по наклонным трещинам на продольных микросрезах. Длина трахеид в креневой зоне, так же как и на других участках быстрого роста, на 10...40 % меньше, чем у нормальной древесины.
У креневой древесины примерно на 10 % снижается содержание целлюлозы и увеличивается содержание лигнина. Плотность, торцовая твердость, прочность при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе повышаются, а предел прочности при растяжении вдоль волокон и ударная вязкость снижаются. Модули упругости вдоль волокон уменьшаются, а модули сдвига и модули упругости при сжатии поперек волокон возрастают.
Усушка поперек волокон у креневой древесины примерно в 2 раза меньше, чем у нормальной, однако усушка вдоль волокон (из-за большого угла наклона микрофибрилл) значительно увеличивается (в 10 раз и более). Это вызывает продольное коробление и растрескивание пилопродукции.
Предел гигроскопичности у креневой древесины ниже; снижается проницаемость древесины для жидкости и газов, что связано с меньшими размерами полостей трахеид и окаймленных пор; падает водопоглощение.
Присутствие крени в балансах снижает выход химически чистой целлюлозы, увеличивает расходы на ее отбелку. Из-за крени ухудшается качество древесной массы, используемой в бумажном производстве, зажимаются пилы при поперечном раскрое досок.
Тяговая древесина. Этот порок строения древесины лиственных пород по происхождению родствен крени, но в отличие от крени он образуется в верхней (растянутой) зоне искривленных или наклоненных стволов и ветвей некоторых пород (бук, тополь и др.). У бука после валки дерева тяговая древесина может быть обнаружена по более светлой окраске с серебристым или перламутровым оттенком. Под действием света, воздуха, а также в результате удаления влаги при сушке тяговая древесина окрашивается в более темный коричневый цвет.
На торцах лесоматериалов тяговая древесина имеет вид дугообразных участков, отличающихся цветом и структурой (пушисто-бархатистой поверхностью) от нормальной древесины. На радиальной поверхности и в шпоне из древесины с хорошо видимыми годичными слоями (дуб, ясень) она наблюдается в виде узких полосок — тяжей. В лесоматериалах со слабо выраженными годичными слоями (из березы, клена) распознание порока затруднено. Способы измерения тяговой древесины такие же, как и для крени.
Содержание волокон либриформа в тяговой древесине увеличивается, они имеют меньший диаметр, но большую длину и значительно утолщенные стенки. В стенках волокон либриформа имеется мощный желатинозный слой, выстилающий внутреннюю
144
поверхность (со стороны полости). Этот слой богат целлюлозой и не одревесневает. Общее содержание целлюлозы и золы выше, а лигнина и гемицеллюлоз ниже, чем у нормальной древесины.
Плотность тяговой древесины примерно на 10...30% выше, усушка вдоль волокон примерно в 2 раза больше, чем у нормальной древесины, однако снижение усушки поперек волокон меньше, чем у креневой древесины. Прочность при сжатии вдоль волокон меньше, а прочность при растяжении вдоль волокон и ударная вязкость больше, чем у нормальной древесины.
Тяговая древесина затрудняет механическую обработку пиломатериалов, приводя к образованию ворсистых и мшистых поверхностей. Отделяющиеся при резании волокна забивают пазухи пил, и процесс пиления замедляется.
3.	НЕРЕГУЛЯРНЫЕ АНАТОМИЧЕСКИЕ ОБРАЗОВАНИЯ. Ложное ядро. Так называется темноокрашенная внутренняя зона древесины лиственных пород (березы, бука, ольхи, осины, клена, граба, липы и др.). Граница ложного ядра обычно не совпадает с годичными кольцами. От заболони оно отделено чаще темной, реже светлой (например, у березы) каймой.
Различают округлое, звездчатое и лопастное ложные ядра (рис. 6.16), окрашенные в темно-бурый или красно-бурый цвет, иногда с лиловым, фиолетовым или темно-зеленым оттенком. Встречается темная кайма, которая делит ядро на секции. На продольных разрезах заметна широкая полоса одного или нескольких из указанных цветов.
Причинами образования порока могут быть возрастная дифференциация тканей, раневая реакция дерева, воздействие грибов, влияние сильных морозов.
В круглых лесоматериалах ложное ядро измеряют по наименьшему диаметру окружности, в которую оно может быть вписано; в фанерном сырье (чураках) измеряют наименьшую ширину свободной от порока периферической зоны. В пилопродукции и шпоне измеряют размеры зоны, занятой пороком.
Рис. 6.16. Разновидности ложного ядра: а — округлое; б — лопастное; в — звездчатое
145
Рис. 6.17. Внутренняя заболонь
Ложное ядро ухудшает внешний вид древесины. Эта зона имеет пониженные проницаемость, прочность при растяжении вдоль волокон, ударную вязкость. При наличии ложного ядра уменьшается способность древесины к загибу. У березы ложное ядро легко растрескивается. По стойкости к загниванию ложное ядро часто превосходит за-
болонь. „
Внутренняя заболонь. В древесине у дуба, ясеня (иногда и у других лиственных пород) в зоне ядра мо-
гут образовываться несколько смежных годичных слоев, похо
жих на заболонь по цвету и другим свойствам. В круглых сортиментах на торцах среди темноокрашенной древесины ядра быва-
ет заметно одно или несколько разной ширины колец светлого цвета (рис. 6.17). В пиломатериалах на радиальных или близких к ним поверхностях видны ровные светлые полосы. На тангенциальных поверхностях внутренняя заболонь наблюдается в виде более или менее широкой полосы, которая при перерезании годичных слоев выклинивается. Внутренняя заболонь образуется вследствие нарушения нормальной деятельности камбия, которое вызвано
морозами.
В круглых сортиментах измеряют наружный диаметр кольца внутренней заболони, а также ширину кольца. В пилопродукции и шпоне измеряют ширину и длину или площадь зоны, занятой
пороком.
Внутренняя заболонь, как и нормальная заболонь, имеет значительно меньшую стойкость против загнивания, чем ядро, легко пропускает жидкости. Усушка древесины внутренней заболони несколько меньше, чем ядровой древесины.
Пятнистость. В древесине растущих деревьев лиственных пород вследствие раневой реакции, воздействия химических факторов, грибов и насекомых образуются сравнительно небольшие по размеру темноокрашенные участки древесины (по цвету напоминающие ядро и сердцевину).
Тангенциальная пятнистость чаще всего встречается у бука. Она заметна на торцах в виде вытянутых по годичному слою пятен шириной, примерно равной ширине годичного слоя, и длиной до 2 см, а иногда и более.
На тангенциальных разрезах видны продольные широкие полосы коричневого или серо-коричневого цвета, на радиальном разрезе — узкие полосы с резко выделяющимися на темном фоне
сердцевинными лучами.
146
Радиальная пятнистость встречается у лиственных пород (чаще у березы), обычно ближе к центральной части ствола; на торцах сортиментов она заметна в виде небольших пятен темнобурого, коричневого или темно-серого цвета, которые вытянуты преимущественно по радиальному направлению, т. е. вдоль сердцевинных лучей. На продольных разрезах пятнистость наблюдается в виде продольных полос, суживающихся по концам. Она возникает под воздействием грибов и насекомых, в результате повреждений коры птицами.
Прожилки, или сердцевинные повторения, постоянно встречаются в древесине березы, а также других лиственных пород (ольха, рябина и др.). Прожилки хорошо заметны на радиальном разрезе в виде коричневых черточек, расположенных у границ годичного слоя. На тангенциальном разрезе они имеют петлеобразную форму. В шпоне различают разбросанные и расположенные скученно, в виде переплетающихся полосок, групповые прожилки. Сердцевинные повторения представляют собой микроаномалии строения древесины, вызванные различными причинами.
В круглых лесоматериалах пятнистость не учитывается. В пилопродукции и шпоне измеряют длину и ширину этого порока или процент от площади соответствующей поверхности сортимента. На механические свойства крупных сортиментов пятнистость существенного влияния не оказывает, однако в шпоне в местах крупных пятен радиальной пятнистости происходит растрескивание. Большое количество прожилок может снизить прочность шпона при растяжении.
4.	СЕРДЦЕВИНА, СМЕЩЕННАЯ И ДВОЙНАЯ СЕРДЦЕВИНА. Сердцевина. Представляющая собой часть ствола сердцевина описана ранее (см. п. 1.2). В круглых сортиментах присутствие сердцевины неизбежно, поэтому в них она пороком не считается. В пилопродукции измеряют глубину залегания сердцевины, считая от ближайшей пласти или кромки. Сердцевина и примыкающая к ней ювенильная древесина существенно снижают прочность сортиментов малого сечения. В крупных пиленых сортиментах присутствие сердцевины нежелательно из-за многочисленных заросших сучков вокруг нее. Кроме того, сортименты, выпиленные таким образом, что в них оказывается сердцевина, при сушке, как правило, растрескиваются вследствие анизотропии усушки. Сердце-вина легко загнивает.
Смещенная сердцевина. Порок выражается в эксцентричном расположении сердцевины, затрудняющем использование круглых лесоматериалов; он указывает на наличие реактивной древесины.
Двойная сердцевина. В сортиментах, выпиленных из ствола вблизи его разделения на отдельные вершины, могут быть обнаружены две сердцевины, а иногда и более. Каждая сердцевина имеет свою систему годичных слоев и по периферии ствола окружена
147
общей системой годичных слоев (рис. 6.18). Сечение ствола принимает овальную форму.
В пилопродукции и шпоне измеряют длину участка с двойной сердцевиной, а в круглых лесоматериалах только отмечают наличие этого порока. Пиленые сортименты с двойной сердцевиной сильнее коробятся и растрескиваются. Распиловка и лущение круглых сортиментов затруднены и сопроврждаются увеличением количества отходов.
Рис, 6.18. Двойная сердцевина в стволе сосны
Рис. 6.19. Пасынок
5.	ПАСЫНОК И ГЛАЗКИ. В эту подгруппу включены очень крупные или, наоборот, крайне малые сучки. Пасынок представляет собой отставшую в росте или отмершую вторую вершину ствола, которая пронизывает сортимент под острым углом к его продольной оси на значительном протяжении (рис. 6.19). В круглых лесоматериалах пасынок имеет вид сильно вытянутого овала, в пилопродукции и шпоне — полосы или овала с самостоятельной системой годичных слоев. Порок измеряют по наименьшему диаметру его сечения. Пасынок нарушает однородность строения древесины, а в пилопродукции — и целостность, снижает прочность, особенно при изгибе и растяжении.
Глазки — это следы не развившихся в побег спящих почек*, которые обнаруживаются в пилопродукции и шпоне. Диаметр глазков не более 5 мм. Различают глазки** разбросанные и групповые (три
глазка и более на расстоянии друг от друга менее 10 мм). Кроме
того, в шпоне выделяют светлые, почти не отличающиеся по цвету от окружающей древесины, и темные глазки. При наличии разбросанных глазков определяют их число, а при наличии групповых — ширину занимаемой ими зоны. В мелких сортиментах глазки, особенно находящиеся в растянутой зоне опасного сечения, снижают прочность при статическом изгибе и ударную вязкость.
* Из этих почек образуются так называемые «водяйые побеги».
** По европейскому стандарту ЕН 844-1 глазки называют булавочными сучками, а их совокупности — «кошачьей лапой».
148
Рис. 6.20. Сухобокостъ
6.	РАНЫ. Сухобокостъ. Так называется наружное одностороннее омертвление ствола. Лишенный коры углубленный участок вытянут по длине сортимента, по краям имеет наплывы (рис. 6.20). Этот порок встречается у всех пород; образуется он вследствие обдира, ушиба, ожога или перегрева коры растущего дерева. У хвойных пород сухобокостъ
сопровождается повышенной смолистостью. В области сухобоко-сти часто появляется заболонная грибная окраска; ядровые окраски и гнили в этом случае смешены в наружные зоны древесины. В круглых сортиментах порок измеряют по глубине, ширине и длине. Сухобокостъ изменяет правильную форму круглых сортиментов, вызывает завитки и нарушает целостность древесины у мест наплывов, снижает выход пиломатериалов и шпона.
Прорость. Так называется зарастающая или заросшая рана, содержащая кору и омертвелую древесину. При частичном зарастании рана легко обнаруживается на боковой поверхности ствола. При полном зарастании прорость видна только на торце как отлуповидная щель и внутренняя радиальная трещина, заполненная остатками коры (рис. 6.21, б}.
Различают прорость открытую (рис. 6.21, а), выходящую только на боковую поверхность любого сортимента или на боковую поверхность и торец, и закрытую, которая обнаруживается только на торцах круглых лесоматериалов (см. рис. 6.21, б) и пилопродукции. Открытая прорость имеет ширину менее 2 см, что позволяет отличать ее от более широкой раны — сухобокости.
В пилопродукции и шпоне среди открытых проростей выделяют одностороннюю, выходящую на одну или две смежные
Рис. 6.21. Разновидности прорости: а — открытая; б — закрытая
149
Рис. 6.22. Рак сосны
боковые стороны сортимента, и сквозную, выходящую на две противоположные боковые стороны сортимента.
Кроме того, в шпоне могут быть еще такие разновидности проростей: сросшаяся — след от закрытой прорости в виде вытянутого участка (шва) свилеватой древесины; светлая — прорость, близкая по цвету к окружающей древесине, и темная — прорость, содержащая включение коры или значительно отличающаяся по цвету от окружающей древесины.
В круглых лесоматериалах открытую и закрытую прорости измеряют по наименьшей толщине сердцевинной вырезки (доски), в которую она может быть вписана. В пиломатериалах прорости измеряют по глубине, ширине, длине, а также учитывают их число в штуках на 1 м длины или на всю сторону сортимента, в шпоне — измеряют по длине и учитывают число в штуках на 1 м2 или на всю площадь листа.
Прорость нарушает целостность древесины и сопровождается искривлением годичных слоев. Степень влияния проростей на качество древесины зависит от их разновидности, размеров, местоположения, количества, а также от характера сортимента.
Рак. Это рана, возникающая на поверхности ствола растущего дерева в результате деятельности грибов и бактерий. Рак может быть открытым (в виде незаросшей раны с плоским или неровным дном, ступенчатыми краями и наплывами у периферии) или закрытым (в виде заросшей раны с ненормальными утолщениями тканей коры и древесины возле пораженных мест). Этот порок встречается у лиственных и хвойных пород. У хвойных пород он сопровождается сильным смолотечением и засмолением древесины (рис. 6.22). Открытый рак измеряют по ширине, длине и глубине раны, закрытый — по длине и толщине вздутия.
При этом пороке нарушается правильная форма круглых сортиментов. В связи с изменением строения и повышенной смолистостью древесины у хвойных пород затрудняется использование сортиментов по назначению.
7.	НЕНОРМАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ В ДРЕВЕСИНЕ. Засмолок. Так называется обильно пропитанный смолой участок древесины, образующийся вследствие ранения стволов хвойных пород*. Чаще всего засмолки встречаются у сосны. На круглых сортимен-
* По европейскому стандарту «засмолком» также называется участок древесины лиственных пород с повышенным содержанием камеди.
150
гах они обнаруживаются по наличию ран и по скоплению смолы. Засмоленные участки темнее окружающей нормальной древесины и в тонких сортиментах просвечивают.
Порок измеряют по длине, ширине и глубине или площади засмоленного участка. Засмоленная древесина имеет значительно меньшую водопроницаемость, влаго- и водопоглощение, но большую плотность и пониженную ударную вязкость; теплота сгорания пропитанной смолой древесины, по данным С. И. Ванина, увеличивается (на 30 % при смолистости 45 %). Засмоленная древесина имеет повышенную стойкость к загниванию, но плохо отделывает
ся и склеивается.
Кармашек. Этот порок, который назывался ранее смоляным кармашком, представляет собой полость внутри или между годичных слоев, заполненную смолой или камедями. Такие смолов-местилища встречаются у хвойных пород, содержащих смоляные ходы в древесине, особенно часто у ели. На торцах видны дугообразные трещины — луночки, плоской стороной обращенные к центру ствола, а выпуклой — к его периферии (рис. 6.23). На тангенциальной поверхности кармашки представляют собой углубления в виде овала, вытянутого в продольном направлении; на радиальном разрезе они имеют вид коротких щелей.
В пилопродукции различают односторонний кармашек, выходящий на одну или две смежные стороны сортимента, и сквозной, выходящий на две противоположные стороны. Размеры кармашков у ели сибирской могут колебаться от нескольких миллиметров до 10... 15 см. Кармашки возникают в результате подкорового повреждения камбия при нагревании отдельных участков ствола солнечными лучами в морозный период.
Мелкие кармашки могут образовываться и от повреждения насекомыми. Для улучшения добычи живицы из ели можно создавать кармашки искусственным путем, нанося специальным инструментом крупные подкоровые повреждения камбия.
Кармашки измеряют по глубине, ширине и длине, а также учитывают их число в штуках (в пилопродукции — на 1 м длины или на всю длину сортимента, в шпоне — на 1 м2 или на всю площадь листа). Вытекающая из кармашков смола препятствует отделке и склейке деталей изделий. В мелких деталях кармашки
могут существенно снизить прочность древесины.
Водослой. Это участки ядра или спелой древесины с повышенной влажностью в свеже-срубленном состоянии. Порок встречается в комлевой части ствола как у хвойных пород (у сосны, кедра и особенно часто у ели и пихты), так и у лиственных (осины, ильма, тополя и др.).
Рис. 6.23. Кармашки
151
На торцах лесоматериалов при указанном пороке видны темные пятна различной формы, а на продольных разрезах заметны полосы. После высыхания пятна водослоя бледнеют и на этих участках древесины появляются мелкие трещинки. Влажность сосны и ели в зоне водослоя в 3—4 раза превышает влажность здоровой древесины (ядра или спелой древесины).
В круглых лесоматериалах водослой измеряют по наименьшей толщине сердцевинной вырезки (доски), по наименьшему диаметру окружности, в которые он может быть вписан, или по площади зоны, занятой пороком. В пилопродукции измеряют ширину и длину или площадь зоны, занятой пороком.
Причины образования водослоя окончательно не установлены. Некоторые исследователи считают, что этот порок в древесине ильма, тополя, пихты и некоторых других пород вызывается деятельностью бактерий. В ряде работ возникновение водослоя связывают с проникновением дождевой воды через незаросшие сучки. О. И. Полубояринов (ЛТА) высказывает предположение о грибной природе водослоя у осины, в которой механические свойства снижаются в среднем на 10 % (особенно заметно падает ударная вязкость). Водослойная древесина отличается от здоровой повышенной усушкой и разбуханием. Замечено повышение предела гигроскопичности. Водослой затрудняет пропитку древесины антисептиками. Повышенная способность к водопоглощению может служить причиной утопа при сплаве. Согласно исследованиям ЦНИИМОДа (В. Д. Дышловая и А. П. Поцелуйко), образование водослоя у ели и сосны связано с перенасыщенностью почвы влагой. Отмечается значительная хрупкость водослойной древесины указанных пород. Наличие трещин в центральной зоне водослоя у растущих деревьев и образование трещин при подсыхании срубленной древесины снижает выход высококачественных пиломатериалов.
6.5. Химические окраски и грибные поражения
ХИМИЧЕСКИЕ ОКРАСКИ. Такие окраски возникают на све-жесрубленной или сплавной древесине в результате химических и биохимических процессов. От окрасок грибного происхождения химические окраски отличаются большей равномерностью и расположением в поверхностных слоях древесины (на глубине 1... 5 мм). После просыхания древесины окраски в большей или меньшей мере выцветают.
В зависимости от цвета и причины возникновения порока различают продубину и желтизну. Продубина представляет собой красновато-коричневую или синевато-бурую окраску глубиной до 5 мм у сплавной древесины. Окраска появляется в результате окис-
152
пения дубильных веществ. Желтизна наблюдается на сплавной древесине хвойных пород в виде сплошной поверхностной окраски лимонно-желтого цвета. Окраска возникает вследствие химических изменений в содержимом живых клеток заболони при недостатке кислорода, когда образуются вещества желтого цвета, которые в результате интенсивной сушки выносятся к поверхности и окрашивают древесину.
В шпоне химические окраски в зависимости от цвета и способности маскировать текстуру делят на светлые и темные. Химические окраски не влияют на физико-механические свойства древесины, а лишь ухудшают ее внешний вид. Наличие этого порока учитывают в шпоне, а также в других облицовочных материалах.
ГРИБНЫЕ ПОРАЖЕНИЯ. Грибы ранее относили к растениям, теперь их выделяют в самостоятельное царство живой природы (Mycota). Они не содержат хлорофилла и для своего развития нуждаются в готовых органических веществах, которые получают из мертвых или живых растений. Грибы размножаются преимущественно спорами. Это мелкие клетки, которые легко переносятся по воздуху, воде, распространяются насекомыми. Попадая на не-шщищенную корой древесину, они прорастают. При этом появляются гифы (тонкие бесцветные или окрашенные нити), которые, сплетаясь, образуют грибницу (мицелий). Из гиф состоит и плодовое тело, которое отделяет споры. При влажности древесины ниже 20 % грибы развиться не могут; невозможно также развитие грибов в древесине, полностью насыщенной водой, так как в ней недостает воздуха. При температуре ниже 2 °C и выше 40... 45 °C развитие грибов прекращается.
Под воздействием грибов в древесине происходят изменения двоякого рода. В одном случае древесина лишь принимает ту или иную окраску. Грибы, которые ее вызывают, получили название деревоокрашивающих. В других случаях грибы сначала изменяют цвет древесины, но затем в ней происходят более глубокие изменения физико-механических свойств, которые приводят к ее разрушению. Такой процесс называют гниением древесины, а вызывающие его грибы — дереворазрушающими.
При коррозионном типе гниения древесина приобретает характерную ячеистую структуру. На определенных стадиях процесса гниения в древесине появляются выцветы или белые пятна целлюлозы; уменьшается содержание лигнина, но количество целлюлозы почти не меняется. Деструктивный тип гниения характерен появлением в древесине многочисленных трещин вдоль и поперек волокон; древесина распадается на отдельные призматические кусочки. Относительное содержание лигнина возрастает за счет уменьшения количества целлюлозы.
Грибные ядровые пятна и полосы. Этот порок выражается в из-f менении цвета древесины центральной зоны ствола (настоящего,
153
ложного ядра или спелой древесины) без снижения ее твердости. Возникает он под действием деревоокрашивающих или дереворазрушающих грибов, встречается в древесине растущих деревьев всех пород. В срубленной древесине дальнейшее развитие порока обычно прекращается.
В области ядра или спелой древесины на торцах видны крупные пятна различных очертаний — лунки, кольца или сплошные зоны поражения, на продольных разрезах заметны продольные полосы. Пятна и полосы могут иметь различный цвет: бурый, красноватый, коричневый, реже — черный и серо-фиолетовый.
В круглых лесоматериалах ядровые пятна и полосы измеряют одним из способов, которые были указаны для водослоя. В пилопродукции и шпоне окрашенная зона измеряется в линейных мерах или в долях ширины, длины и толщины, а также в процентах площади соответствуюшей стороны сортимента. Исследованиями ЦНИИМОДа (С. Н. Горшин, А. Л. Михайличенко и Н. П. Нечаева) установлено, что грибы, вызывающие появление грибных окрасок и пятен в сосне и ели, практически не снижают прочность древесины при статических нагрузках, а твердость у нее может быть даже немного выше, чем у здоровой древесины. В то же время ударная вязкость сильно снижается (на 30...40 %), водопоглоще-ние и водопроницаемость повышаются, ухудшаются биостойкость и внешний вид древесины.
Ядровая гниль. Такая гниль образуется в древесине растущего дерева под действием разрушающих грибов. Напенная гниль возникает в корнях или в поврежденных местах комлевой части ствола. Постепенно суживаясь, она распространяется вверх по стволу иногда на несколько метров.
Стволовая гниль начинается от обломанных ветвей или ран на стволе и распространяется от мест заражения вверх и вниз, пораженный участок имеет форму сигары. До комлевой части ствола гниль обычно не доходит.
На торцах лесоматериалов ядровая гниль наблюдается в виде крупных пятен различных очертаний (лунок, колец) или в виде сплошной зоны поражения в центральной части ствола; иногда зона поражения смещена от центра и даже выходит на периферию. На продольных разрезах гниль заметна в виде полос.
Пестрая ситовая гниль проявляется в том, что на красновато-буром фоне пораженной древесины заметны многочисленные мелкие белые или желтоватые пятнышки, вытянутые вдоль волокон.
Древесина может долгое время сохранять целостность. При более сильном разрушении древесина приобретает ячеистую или волокнистую структуру (рис. 6.24, а), становится мягкой и легко расщепляется. Этот вид коррозионной гнили встречается в древесине хвойных и лиственных пород.
154
Рис. 6.24. Ядровые гнили:
а — пестрая ситовая: б — бурая трещиноватая
Бурая трещиноватая гниль (рис. 6.24, б) характеризуется бурым с различными оттенками цветом и трещиноватой структурой пораженной древесины.
Многочисленные трещины, направленные вдоль и поперек волокон, иногда содержат скопления беловатых пленок грибницы. По трещинам древесина распадается на призматического вида кусочки, легко деформируется и растирается между пальцами в порошок. Эта деструктурная гниль встречается у хвойных и лиственных пород.
Белая волокнистая гниль имеет светло-желтый или почти белый цвет, иногда на древесине видны узкие извилистые черные линии. Такая пестрая окраска напоминает рисунок мрамора. При сильном разрушении пораженная зона становится мягкой, легко расщепляется на волокна и крошится. Эта коррозионно-деструктивная гниль встречается у лиственных пород.
Порок измеряют такими же способами, как ядровые пятна и полосы. В срубленной древесине дальнейшее развитие пестрой сиговой гнили прекращается, развитие бурой трещиноватой и белой волокнистой гнили иногда может продолжаться.
Различают три стадии развития гнили: 1) изменился только цвет древесины; 2) древесина частично изменила структуру и твердость; 3) древесина полностью утратила твердость и прочность.
Способность гнилой древесины сопротивляться усилиям почти полностью утрачивается. Плотность ее снижается в 2... 2,5 раза, водопоглощение и водопроницаемость повышаются. При высыхании гнилая древесина больше коробится. Механические свойства при деструктивном типе гниения снижаются сильнее, чем при коррозионном.
155
Качество древесины с гнилью в зависимости от стадии гниения и размеров поражения понижается вплоть до того, что древесина оказывается полностью не пригодной для использования.
Дупло. Так называется полость в стволе растущего дерева, образующаяся в результате полного разрушения древесины. Это по существу четвертая стадия гниения, возникающая под воздействием одного, а чаще нескольких дереворазрушающих грибов. Измеряют порок так же, как ядровую гниль.
Плесень представляет собой налетную поверхностную окраску, образуемую грибницей с органами плодоношения плесневых грибов. Окраска чаще всего появляется на сырой заболони при хранении лесоматериалов. Плесень встречается на древесине всех пород. Она наблюдается в виде отдельных пятен или сплошного налета сине-зеленого, голубого, зеленого, черного, розового и других цветов в зависимости от окраски спор и грибницы, а также от выделяемого пигмента. После просыхания налет легко сметается, иногда оставляя на поверхности грязноватые или цветные пятна.
Плесень измеряют в пилопродукции и шпоне по длине и ширине или площади зоны поражения. Обычно плесень не оказывает влияния на физико-механические свойства древесины, однако в определенных условиях при длительном воздействии грибы плесени могут вызывать серьезные разрушения древесины. Плесневые грибы разрушают животные клеи. Плесень не допускается в древесине, используемой для изготовления тары под пищевые продукты.
Заболонные грибные окраски. В заболони свежесрубленной или сухостойной древесины часто образуются более или менее глубокие окрашенные участки грибного происхождения. Твердость древесины при этом не снижается. Возникает порок главным образом под действием деревоокрашивающих грибов. Поражение распространяется через торцы и боковую поверхность. На торцах круглых сортиментов оно наблюдается в виде радиальных клиновидных пятен, иногда встречается сплошная окраска заболони. На боковых поверхностях круглых сортиментов и в пиломатериалах такие окраски образуют полосы или вытянутые пятна.
Среди заболонных грибных окрасок различают синеву (серую окраску с синеватыми или зеленоватыми оттенками) и цветные заболонные пятна (оранжевого, желтого, розового, светло-фиолетового и коричневого цветов). Если древесина под действием грибов окрашивается в бледные тона и текстура древесины хорошо видна, то такие окраски называются светлыми. Густые окраски, маскирующие текстуру древесины, называются темными.
В круглых лесоматериалах и пилопродукции различают поверхностные и глубокие окраски, распространяющиеся на глубину соответственно меньше или больше 2 мм. Кроме того, могут быть
156
подслойные окраски, которые развиваются во внутренних слоях i ортимента и на поверхность не выходят.
В круглых лесоматериалах заболонные грибные окраски измеряют по глубине зоны поражения от боковой поверхности, по площади зоны поражения (в процентах от площади всего торца пли одной заболони). В пилопродукции и шпоне измеряют глубину, длину и ширину или площадь зоны поражения. Наличие подслойных окрасок устанавливают выборочной торцовкой лесоматериалов.
Из заболонных окрасок наиболее распространена синева, ко-юрая поражает древесину всех пород, но чаще хвойных. Оптимальная температура для развития большинства видов грибов синевы составляет 26...27°C, влажность древесины 35...80 %.
По исследованиям ЦНИИМОДа (С. Н.Горшин, Е. И. Мейер, И. Г. Крапивина и др.), проведенным на древесине сосны, некоторые из грибов синевы питаются только внутренним содержимым клеток, другие могут разрушать клеточную стенку. Так гриб Discula brunneo — tingens Н. Meyer, действие которого на древесину ограничивается в основном разрушением торусов пор и паренхимных клеток сердцевинных лучей, снижает ударную вязкость па 6,5 %, а гриб Ophiostoma pint, вызывающий сильное разрушение вторичной оболочки трахеид и многочисленные ее прободения, — на 34 %.
Засинелая древесина в большинстве случаев отличается повышенной скоростью водопоглощения. Некоторые виды грибов синевы стимулируют развитие сильных дереворазрушающих грибов.
Вместе с тем воздействие грибов синевы на древесину, если оно не приводит к существенному снижению прочности, оказывается полезным, поскольку облегчает пропитку древесины антисептиками. По данным А.Т.Вакина (ЛТА), засинелая древесина ели (используемая для изготовления шпал) пропитывается антисептиками значительно лучше, чем здоровая.
Заболонные грибные окраски ухудшают вид древесины, темные окраски могут скрывать появление гнилей в начальной стадии их развития. Грибы, окрашивающие заболонь, могут разрушать клеи, а также лакокрасочные покрытия на древесине.
Побурение. При хранении свежесрубленной древесины листвен-пых пород (особенно березы, бука, ольхи) в теплое время года (аболонь приобретает бурую окраску различной интенсивности и равномерности, иногда со слабо выраженными серыми или белесыми пятнами и полосами. Этот порок называется побурением (прежнее название — задыхание).
Исследованиями*ЦНИИМОДа (И.А.Чернцов) установлено, I го побурение представляет собой явление, в котором совмещаются три процесса, протекающие одновременно или последова-1 ельно. Во-первых, происходит закупорка водопроводящих путей,
157
что замедляет испарение влаги из древесины и преграждает доступ в нее воздуха. Во-вторых, по мере подсыхания древесины происходит процесс отмирания живых клеток заболони, окисления их содержимого кислородом воздуха и появления бурой окраски древесины. В-третьих, на древесине поселяются грибы, что приводит к дальнейшему изменению ее цвета. Побурение предше- I ствует заболонной гнили.
В круглых лесоматериалах различают торцовое и боковое побу- j рение. Побурение бревен начинается с торцов и распространяется I вглубь древесины вдоль волокон, при этом в первую очередь поражаются внутренние слои заболони с ослабленной жизнедеятель- I ностью клеток, затем побурение захватывает всю заболонь. После отмирания коры побурение распространяется и с боковой поверхности бревен, продвигаясь языками в радиальном направлении I к центру.
Пиломатериалы, особенно крупных сечений, также подвержены побурению, которое сосредоточено преимущественно в центральной зоне, еще не успевшей высохнуть. Побурение на пилома- I териалах наблюдается в виде внутренних пятен и полос или в виде сплошного поражения заболони.
Побурение измеряют такими же способами, как и грибные за- I болонные окраски. По данным ЦНИИМОДа, при побурении у березы и бука прочность при статических нагрузках и твердость существенно не снижаются, однако ударная вязкость снижается I довольно сильно (у бука до 30 %), ухудшается способность древе- I сины к загибу. У бука в связи с затиллованностью сосудов умень- I шается водопроницаемость. Побурение портит внешний вид дре- I весины. Наиболее надежным средством защиты свежезаготовлен-ных лиственных кряжей от побурения, как установил А. Т. Вакин, I является сохранение их влажности замазкой торцов, дождевани- I ем или содержанием в бассейнах с водой. Пиломатериалы должны высушиваться или пропариваться. Пропарка свежераспиленных буковых пиломатериалов также облагораживает внешний вид древесины.
Заболонная гниль. В заболони срубленной или сухостойной древесины хвойных и лиственных пород под воздействием дерево- I разрушающих грибов появляется ненормальная окраска. Твердость древесины при этом сохраняется или снижается. Заболонная гниль I возникает при длительном неправильном хранении круглых лесоматериалов, а также пиломатериалов. Гниль наблюдается в виде I пятен и полос, а иногда захватывает всю заболонь. У хвойных пород зоны поражения имеют желтовато-бурый цвет. У лиственных I пород гниль имеет чаще всего пеструю окраску, напоминающую I рисунок мрамора (рис. 6.25, а), грязно-белые участки отграничены от бурых тонкими черными линиями. Обычно гниль следует за побурением. Зона поражения может иногда захватить ядро и спе-
158
>ую древесину (особенно у лиственных пород). При твердой гни-1и древесина лишь изменяет окраску, а когда гниль переходит в мягкую, древесина становится более светлой, легкой, рыхлой и почти полностью теряет способность сопротивляться нагрузкам.
Заболонную гниль измеряют такими же способами, как и побурение. У хвойных пород (сосны, ели) при сжатии древесины вдоль волокон предел прочности снижается до 25...30 % (по данным ЦНИИМОДа), а при статическом изгибе — до 22 % (по данным ЛТА); водопоглощение и водопроницаемость увеличиваются. Заметно ухудшаются механические свойства и у пораженной древесины лиственных пород (березы, бука, граба), особенно ударная вязкость.
Наружная трухлявая гниль. Эта гниль (рис. 6.25, б) возникает в таболони и ядре лесоматериалов всех пород вследствие поражения древесины сильными дереворазрушающими грибами при длительном неправильном ее хранении. Такая же гниль появляется при неблагоприятных условиях эксплуатации деревянных элементов конструкций и изделий. Загнивание наблюдается преимущественно в наружных частях как заболонной, так и ядровой зоны сортимента или детали. Оно охватывает все поперечное сечение или часть его и распространяется вглубь древесины. В некоторых случаях поражение может начинаться во внутренних слоях древесины, куда споры грибов проникают через глубокие наружные трещины. Древесина вначале окрашивается в светло-бурый цвет разных оттенков, затем темнеет, становится бурой или темно-коричневой. На древесине появляются продольные и поперечные трещины, она распадается на призматические кусочки, легко кро-
а
1‘ис. 6.25. Ядрово-заболонная мраморная (а) и наружная трухлявая (б) гнили
159
шится и растирается в порошок. На поверхности пораженной дре весины нередко наблюдаются грибницы и плодовые тела. При хра нении непросушенной древесины процесс ее разрушения про должается.
Пораженная древесина имеет резко сниженные механические свойства и является опасным источником грибной инфекции для деревянных зданий и сооружений. Образование гнили в деревяп ных элементах зданий и сооружений происходит под действием домовых, столбовых, шпальных и других видов грибов. В зданиях на деревянных элементах, подвергающихся периодическому уп лажнению за счет конденсации водяных паров воздуха, развива ются домовые грибы.
Домовые грибы обладают способностью сильно увлажнять дре весину за счет воды, выделяющейся при разложении целлюлозы Если эта вода не испаряется, она может вполне удовлетворит!, потребность грибов, поэтому домовые грибы в замкнутых и плохо вентилируемых пространствах зданий могут переходить и на су хую древесину, вызывая постепенное ее увлажнение и разруше ние.
Настоящий домовый гриб Serpula lacrimans (Wulf, ex Fr. Bond.) является наиболее опасным разрушителем древесины в построй ках. Поселяется он на стенках, полах, перегородках. Оптимальная влажность для его развития 25...30 %, однако гриб может разви ваться и при более высокой влажности (до 150 %); оптимальная температура для него — 18... 20 °C. Возможно развитие грибов так же при температурах от 2 до 35 °C. Настоящий домовый гриб мо жет разрушить новое строение за 1...2 года.
6.6. Биологические и механические повреждения, прочие пороки древесины
Биологические повреждения древесины. Повреждения на се комы ми — червоточины. Такие повреждения встречается в свежезаготовленных лесоматериалах, а также в сухостойных и ослабленных деревьях в лесу. На поверхности лесоматериалов при этом видны крупные или овальные отверстия, бороздки или ка навки. Основные разрушения производят не взрослые насекомые, а их личинки, использующие древесину и кору для своего пита ния. Древесину повреждают различные насекомые: жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, точильщики), рогохвосты (дре весные осы), бабочки (древоточцы и стеклянницы), термиты н др. В большинстве случаев лесные насекомые, закончив цикл раз вития во влажной древесине, после высыхания вторично ее не заселяют. При хранении древесины насекомые повреждают в боль шей степени хвойные лесоматериалы. Оптимальная температура,
160
благоприятствующая жизнедеятельности насекомых, 18...24°C, относительная влажность воздуха — 60...80 %.
Поверхностной называется червоточина, распространяющаяся на глубину не более 3 мм. Этот вид повреждения вызывают главным образом короеды. На поверхности древесины видны мелкие отверстия или ходы, образующие характерный рисунок (рис. 6.26, а). Неглубокой называется червоточина, которая в круглых лесоматериалах распространяется на глубину до 15 мм, а в пилопродукции — до 5 мм. Такие повреждения вызывают ли- ।инки некоторых усачей и златок. Глубокой называется червоточина в виде ходов, пронизывающих круглые лесоматериалы па глубину более 15 мм (рис. 6.26, б), а пилопродукцию — на глубину более 5 мм (рис. 6.26, в). Червоточину в хвойных деревьях вызывают черные хвойные усачи, древесинники и рогохвосты, в лиственных — различные усачи и другие насекомые. Глубокая червоточина подразделяется на некрупную и крупную с диаметром отверстий соответственно менее или более 3 мм. Сквозной называется червоточина, выходящая на две противоположные стороны сортимента.
В круглых лесоматериалах при наличии массовых неглубоких и глубоких червоточин измеряют длину зоны поражения, при наличии единичных — их число на 1 м длины сортимента, а в пиломатериалах и шпоне — их число соответственно на 1 м длины и I м2 площади или на весь сортимент.
в
РисГб.26. Разновидности червоточины:
а — поверхностная; б — глубокая в круглых лесоматериалах; в — глубокая в пилопродукции
6 Уголев
161
Поверхностная червоточина не оказывает существенного вл и яния на физико-механические свойства древесины. При распи ловке и лущении круглых лесоматериалов она обычно оказывается в отходах: горбылях, рейках и пр. Однако короеды служат разнос чиками спор грибов, облегчают доступ воздуха и испарение воды, а это — благоприятные условия для развития грибов. Неглубокая и глубокая червоточины, особенно при большом количестве хо дов, резко снижают механические свойства древесины.
Кроме указанных в соответствии с ГОСТ 2140 — 81 разновил ностей червоточины встречается трухлявая червоточина, вызываемая группой домовых вредителей, способных развиваться на сухой древесине (мебельными и долговыми точильщиками, до мовым усачом, термитами и др.). При трухлявой червоточине число глубоких ходов настолько велико, что древесина внутри пре вращается в трухлявую массу с большим содержанием буровой муки, в то время как на поверхности нет других повреждений, кроме входных и летных отверстий.
К трухлявой червоточине относят и повреждения морскими древоточцами-моллюсками (корабельными червями) и рачками древесины портовых сооружений и судов [14]. В сваях и столбах ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверх ности на глубину 10... 30 мм, затем поворачивают и идут по г у дичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда i ic пересекаются и не сливаются.
Повреждения паразитными растениями. Эти но вреждения представляют собой отверстия в пилопродукции, оставшиеся от жизнедеятельности паразитных растений. ВечнозелМ ные растения (омела) или растения с опадающими на зиму листьями (ремнецветник) получают от растения-хозяина в основном воду и растворенные в ней минеральные соли через присоски, которые проникают в древесину, нарушая ее целостность. Семен.-i паразитов разносятся птицами. Омела встречается у многих ли ственных и хвойных пород, ремнецветник — у дуба и каштана Порок измеряют так же, как червоточину.
Повреждения птицами. В круглых лесоматериалах иногла наблюдаются небольшие расположенные рядами отверстия, коти рые представляют собой наклевы птиц (например, дятла). Повреж дение птицами измеряют по глубине, ширине и длине. Порок, нарушая целостность древесины, увеличивает количество отходом при распиловке и лущении.
Механические повреждения стволов деревьев и лесоматериалов. К повреждениям боковой поверхности относятся: обдир коры, карра — просмоленное повреждение ствола при подсочке; заруб п запил; багорные наколы; вырывы.
Приторцовыми повреждениями являются отщеп, скол, скос пропила, козырек (выступающий участок древесины).
162
Дефекты обработки в пилопродукции. В эту подгруппу входят к-фекты, вызванные недостаточной или излишней обработкой: иенрофрезеровка и недошлифовка; выхват и прошлифовка, а также ойзол — участок боковой поверхности бревна, сохранившийся на обрезном пиломатериале. Различают обзол острый и тупой, занимающий соответственно всю ширины кромки или часть ее.
Довольно часто наблюдается ожог древесины. Встречаются дру-1 по дефекты обработки древесины резанием: волнистость; бахрома; заусенцы (выступающие участки древесины острой зашепис-юй формы); задиры (у сучков, завитков и т.д.) в местах выхода инструмента; выщербины на боковой поверхности сортимента и рваные торцы.
Дефекты обработки в пилопродукции и шпоне. К ним относятся: риски от режущего инструмента; ворсистость и мшистость поверхности в виде часто расположенных неполностью отделенных во-iiokoh или пучков волокон; вмятины и царапины от тупого или острого предмета; гребешок — выступающий участок необрабо-1 ai той поверхности, образовавшийся из-за дефекта режущей кромки инструмента.
Два дефекта специфичны только для шпона: закорина — уча-с гок коры, сохранившийся на поверхности шпона, и рябь шпона, выражающаяся в часто расположенных, ориентированных вдоль волокон мелких углублениях на поверхности.
Механические повреждения могут снижать стойкость свеже-ia готовленных лесоматериалов к загниванию и растрескиванию (обдир коры), затруднять их использование по назначению и увеличивать количество отходов. Дефекты обработки ухудшают качество поверхности, снижают прочность и т.д.
Инородные включения и обугленность. Инородные включения — icjia недревесного происхождения (камни, проволока, гвозди, металлические осколки), которые встречаются в лесоматериалах. ()бугленность — участки обгорелой и обуглившейся поверхности иссоматериалов, возникающие при лесных пожарах, сжигании порубочных остатков и т.д.
Указанные пороки затрудняют обработку древесины, увеличивают количество отходов.
Покоробленности. Изменения формы пиломатериалов, возникающие при выпиловке, сушке и хранении, называются поко-робленностью. Основные разновидности покоробленности — по-। н-речная, продольная по пласти и кромке, а также крыловатость — рассмотрены в гл. 3 и показаны на рис. 3.6, а, д, е, ж.
Продольная покоробленность по пласти может быть простой (с эдним изгибом) и сложной (с несколькими изгибами). Поперечную, простую продольную покоробленность, а также крыло-па гость измеряют как величину стрелы прогиба или наибольшее отклонение поверхности сортимента от плоскости (см. рис. 3.6).
163
Сложную продольную покоробленность по пласти измеряют как величину стрелы прогиба на наиболее изогнутом участке сортимента. Покоробленность существенно затрудняет обработку и использование пиломатериалов.
Контрольные вопросы
1.	Как различаются сучки по форме и состоянию древесины?
2.	Чем отличается сшивной сучок от разветвленного?
3.	Назовите радиальные и тангенциальные трещины.
4.	Чем отличается закомелистость от сбежистости?
5.	Какие виды наростов встречаются на стволах и какое применение они находят?
6.	Чем отличается наклон волокон от свилеватости?
7.	Назовите раны в лесоматериалах.
8.	Какие встречаются типы гниения древесины и какие виды гнилей к ним относятся?
9.	Назовите причины возникновения червоточины и ее разновидности.
10.	Назовите разновидности покоробленности пиломатериалов.
Глава 7
СТОЙКОСТЬ И ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ
7.1. Природная стойкость древесины
Древесина во время хранения и службы может разрушаться под действием физических, химических и биологических факторов. Способность древесины сопротивляться разрушению от действия указанных факторов называется ее стойкостью.
I Стойкость против химических факторов имеет сравнительно ограниченное значение: она проявляется при соприкосновении древесины с кислотами, щелочами (деревянные чаны, цистерны на химических заводах) или с химически агрессивными газами (стропильные фермы); поведение древесины в этих случаях рассмотрено в гл. 51
I Физические (главным образом температура и влажность среда) и биологические факторы действуют на древесину в большинстве случаев одновременно, причем разрушение древесины происходит преимущественно от воздействия биологических факторов (грибов, а также насекомых, бактерий, вирусов).
Древесина одной и той же породы обладает различной стойкостью в зависимости от условий, в которых она эксплуатируется. В условиях, исключающих или крайне затрудняющих возможность развития грибов, древесина может сохраняться без разрушения весьма длительное время.
164
Древесина долго сохраняется не только в сухих помещениях, но и на открытом воздухе. Примером этому могут служить церковь Лазаря Муромского (XIV в. и другие памятники деревянной архитектуры, собранные ныне в музеях на острове Кижи (Онежское озеро), в Малых Карелах (окрестности Архангельска), Костроме и др.
Под землей древесина также может довольно хорошо сохраниться. Об этом свидетельствуют найденные в Керчи части греческих саркофагов (IV—V вв. до н.э.) При раскопках древнего Новгорода (X в. н.э.) обнаружены мостовые. Ядровая древесина сосновых лаг этой мостовой, поданным В.Е. Вихрова (ИЛД), имела примерно такие же показатели механических свойств, как и современная древесина. Проведенные Ю. В. Вихровым и С. Ю. Казанской (БелТИ) дальнейшие исследования археологической древесины показали, что степень ее разрушения, которое происходит без участия грибов, зависит от породы. По убыванию стойкости древесины в этих условиях исследованные породы расположились в таком порядке: можжевельник, сосна, дуб, ольха, ясень, клен, береза. У малостойких пород существенно уменьшается содержа-11 ие целлюлозы. Максимальная влажность археологической древесины липы и березы достигает 1000 %, а объемная усадка превышает усушку обычной древесины в 6...7 раз. Хорошо сохраняется древесина и под водой.
Однако при неблагоприятных условиях службы (контакт с сырыми материалами, высокая влажность среды, переменная температура) древесина довольно быстро разрушается. В этом случае в ней появляются многочисленные трещины, нарушающие ее цельность, способствующие заражению спорами грибов и их быстрому развитию.
Древесина различных пород при хранении и в процессе службы разрушается с разной скоростью. Существенно влияют на стойкость древесины против грибов содержащиеся в ней смолистые и ядовитые вещества. Так, стойкость древесины сосны выше, чем древесины ели и пихты, что объясняется различным содержанием смолы, а стойкость древесины дуба выше, чем ясеня, из-за большего содержания дубильных и других экстрактивных веществ.
В пределах одной породы биостойкость зависит от плотности. Об этом свидетельствуют, например, результаты проведенных Г. А. Арзуманяном опытов по определению стойкости натуральной и искусственно уплотненной древесины сосновой заболони против пленчатого домового гриба. Оказалось, что за время испы-1дний у образцов натуральног^древесины потеря массы составила 19,1 %, а у спрессованных образцов с плотностью почти в 2 раза Польше — лишь 10,6 %.
С увеличением возраста стойкость древесины повышается. Как правило, ядро более стойко, чем заболонь. Замечено также, что
165
ядро у хвойных пород имеет повышенную стойкость в наружных зонах. Стойкость древесины из нижней части ствола выше, чем из верхней части, I
Представление о сравнительной стойкости древесины различных пород дают так называемые полигонные испытания. Образцы натуральной и обработанной антисептиками древесины размерами 15x15x220 мм устанавливали рядами в землю так, чтобы на поверхности находилась половина высоты образца. Ежегодно образцы извлекали из земли, обследовали их состояние и отмечали степень разрушения.
По результатам восьмилетних испытаний на полигоне Сенежской лаборатории ЦНИИМОДа (С.Н.Горшин и И.А.Чернцов) древесину 14 пород разделили на четыре группы. Стойкость была выражена в условных величинах-индексах (по отношению к стойкости заболони липы). Стойкая древесина имеет индекс от 9,1 до 4 (ядро лиственницы — 9,1; ядро дуба — 5,2; ядро ясеня — 4,9; заболонь ясеня и ядро сосны — 4,6; заболонь сосны — 4,0). У среднестойкой древесины индекс от 3,8 до 3,1 (спелая древесина пихты и ели, заболонь пихты, спелая древесина бука, заболонь ели и лиственницы), у малостойкой — от 2,5 до 2 (заболонь бука и граба, ядро вяза, заболонь дуба, клена, березы), у нестойкой — от 1,8 до 1 (центральная зона березы и ольхи, спелая древесина осины, заболонь ольхи, осины, липы).
По действующему с 1994 г. европейскому стандарту ЕН 350-2 все породы по стойкости древесины против грибов делятся на пять классов. К очень стойким относятся тик (Южная и Юго-Восточная Азия), эвкалипт (Австралия, Океания), гринхарт (Южная Америка) и др.; к стойким — дуб, акация белая, тис, каштан, махагони (Южная Америка) и др.; к малостойким — пихта, ель, вяз и др.; к нестойким — ольха, береза, бук и др. Эта классификация основана на сравнении стойкости ядровой зоны древесины разных пород; заболонь относится к нестойкой древесине. В стандарте также приведена классификация пород по стойкости к насекомым и морским древоточцам.
7.2. Способы и средства повышения стойкости древесины
Наиболее важное значение имеет повышение био- и огнестойкости древесины.|Для защиты древесины от загнивания в процессе службы применяются конструкционные и химические меры. Они заключаются в создании условий, неблагоприятных для развития дереворазрушающих грибов. Для нормальной жизнедеятельности грибов, как уже отмечалось, необходимо, чтобы влажность и температура находились в определенных диапазонах и было до
166
i гаточно кислорода. Конструкционные меры направлены главным «|бразом на создание неблагоприятного для грибов влажностного и температурного режимов. На этом же основаны и способы защиты древесины при ее хранении. Так, затопление древесины на период хранения или дождевание способствует созданию в древесине столь высокой влажности, что развитие грибов становится невозможным. Для сохранения высокой влажности древесины бревен применяют обмазку торцов влагозащитными составами/ Как меру защиты древесины от гниения можно рассматривать также се сушку и поддержание достигнутой низкой влажности во время службы [20].
Химические меры защиты заключаются в обработке древесины токсичными для грибов и насекомых веществами — антисептиками (от гр. anti- — против и septikos — гнилостный). Защита древесины от возгорания достигается пропиткой ее химическими веществами — антипиренами (от гр. руг — огонь) или нанесением покрытий. Введенные в древесину антипирены разлагаются с выделением негорючих газов, оттесняющих воздух от поверхности древесины, или кристаллизационной (химически связанной) воды, которая снижает температуру горящей древесины. Покрытие при нагревании плавится и обволакивает поверхность древесины пленкой, преграждающей доступ воздуха.
Антисептики должны удовлетворять следующим требованиям: I) обладать высокой токсичностью (против грибов); 2) хорошо проникать в древесину; 3) не ухудшать физико-механических свойств древесины, а также ее способности склеиваться и окрашиваться; 4) быть устойчивыми к вымыванию из древесины; 5) не вызывать коррозию металлов; 6) при соблюдении элементар-11 ых правил техники безопасности быть безвредными для людей; 7) быть доступными и дешевыми.
Всему комплексу этих требований не удовлетворяет ни один из современных антисептиков. В каждом конкретном случае выбирают антисептик, характеристика которого соответствует условиям службы древесины и способам ее защитной обработки. Так, например, опоры линий электропередачи, шпалы необходимо обрабатывать антисептиками, не вымываемыми из древесины; влияние антисептиков на окрашиваемость древесины в этом случае не имеет значения. Детали домов можно пропитывать вымываемыми, но не ухудшающими внешнего вида древесины антисеп-। и ками.
Указанным выше требованиям, за исключением токсичности к грибам, должны удовлетворить и антипирены. Последние должны обладать высокой огнезащитной способностью и не повышать существенно гигроскопичность древесины.
Кроме средств однонаправленного действия разработаны комплексные биоогнезащитные средства.
167
По способности древесины пропитываться защитными сред ствами отечественные породы можно разделить на три группы: легкопропитываемые, умеренно пропитываемые и труднопропи тываемые.
К первой группе относят заболонь сосны, березы и бука, ко второй — заболонь граба, дуба, клена, лиственницы европейской, липы, ядро сосны, осину, кедр, ольху, к третьей — ель, листвен ницу сибирскую, пихту, ядро бука, ясеня, лиственницы евро пейской.
Для облегчения проникновения защитных средств в древесину применяют накалывание окоренных бревен (в том числе лазерным способом), ультразвуковую обработку, воздействие перемен ного жидкостного давления [6] и другие способы.
Необходимый биозащитный эффект обычно достигается ввс дением сравнительно небольшого количества антисептиков, что не ухудшает физико-механических свойств древесины. При огне защите в древесину вводится значительно большее количество антипиренов.
Это может привести к заметному снижению показателей ее механических свойств.
Главная задача повышения биостойкости древесины — увели чение сроков ее службы.
Для обеспечения заданного срока службы древесины выбира ют антисептик и способ пропитки, назначают величину поглощс ния и глубину пропитки.
Непропитанные опоры линий электропередачи служат в сред нем 5... 10 лет. Если их пропитать каменноугольным маслом под дав лением выше атмосферного с поглощением 90 кг/м3, срок службы опор будет продлен до 30 лет; при увеличении поглощения масла до 140 кг/м3 можно добиться срока службы 40...45 лет. Пропитка шпал каменноугольным маслом увеличивает длительность их служ бы с 3...5 до 25 лет.
Таким образом, защитная обработка древесины антисептика ми и антипиренами снижает затраты на ремонтные и восстановительные работы, потери от пожаров, способствует экономии древесины и сохранению наших лесных богатств.
Контрольные вопросы
1.	Какие факторы определяют природную биостойкость древесины?
2.	Приведите примеры пород, наиболее и наименее стойких к загни ванию древесины.
3.	Перечислите способы защиты древесины от загнивания.
4.	Как называются средства химической защиты древесины от загнивания?
5.	Как называются средства защиты древесины от возгорания?
168
Глава 8
ОСНОВНЫЕ ЛЕСНЫЕ ПОРОДЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Из пород, составляющих лесной фонд России, к основным относят те породы, каждая из которых занимает более 0,1 % лесной площади страны. Ниже приведена краткая характеристика основных пород, произрастающих в России и сопредельных регионах, относящихся к территории бывшего СССР, а также мало распространенных, но ценных или интересных по строению и свойствам пород. Средние показатели основных физико-механических свойств древесины указаны в таблицах гл. 3 и 4, а также в справочнике [1]. Кроме отечественных пород рассматриваются некоторые иноземные породы (произрастающие на территории дальнего зарубежья). Для большинства пород согласно СТ СЭВ 1263 — 78 «Лесоматериалы круглые. Промышленные древесные породы. Номенклатура» указаны русские и приоритетные латинские (ботанические) названия видов; иногда даны также более поздние названия, утвердившиеся в лесоводственной практике.
8.1.	Хвойные породы
В отечественных лесах преобладают хвойные породы.
Лиственница (JLarix). Самая распространенная в России порода. Па ее долю приходится 2/5^в£дй покрытой лесом площади и 1/3 uinacoB древесины нашей страны. Наибольшее хозяйственное значение имеют виды: лиственница даурская (гмелина) — L. gmelinii (Rupr.) Kazeneva, или L. Dahurica Elw. et Henly; лиственница сибирская — L. sibirica Ledeb.; лиственница Сукачева — L. sukaczewii I )jil. Преобладающая порода — лиственница даурская — широко распространена на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири. Ли-с гвенница сибирская произрастает в основном в Западной Сибири и частично в Восточной Сибири. Лиственница Сукачева встречается на севере европейской части России и северо-западе Сибири. На Камчатке растет лиственница курильская — L. kurilensis Mayer. В Карпатах и Прибалтике произрастает лиственница европейская — L. decidua Mill.
Древесина лиственницы имеет ядро красновато-бурого цвета, резко отграниченную узкую белую или слегка желтоватую забо-ионь, хорошо видимые годичные слои с четкой внутренней границей между ранней и поздней древесиной, малочисленные и мелкие смоляные ходы. Древесина обладает высокой плотностью и прочностью, малосучковата, стойка против гниения, имеет красивую текстуру. Однако из-за высокой плотности сплав лиственницы затруднен.
169
Древесина лиственницы легко растрескивается при сушке, раскалывается, труднее других хвойных пород обрабатывается на станках. Применяется в гидротехнических сооружениях, домостроении, спортивных сооружениях (дорожка олимпийского велотрека в Москве), в виде шпал, рудничной стойки и т.д. Все шире используется лиственница в производстве мебели, паркета, фанеры, в гидролизной, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности.
Сосна (Pinus). Эта порода занимает около 1/6 площади всех лесов. Наиболее распространена сосна обыкновенная — Р. sylvestris L. — на севере до границы лесной зоны, на юге граничит с черноземной полосой, заходя в Крым и на Кавказ, простирается с запада на восток до Амура.
Древесина сосны имеет слегка розоватое ядро, которое со временем становится буровато-красным, широкую заболонь от желтоватого до розоватого цвета, хорошо видимые годичные слои с четкой границей между ранней и поздней древесиной, довольно крупные и многочисленные смоляные ходы. Древесина средней плотности, достаточно высокой прочности, стойка против гниения, хорошо обрабатывается. Она используется в строительстве, машиностроении, мебельном производстве, на железнодорожном транспорте, в тарном производстве, для крепления горных выработок и др. Широко используется как сырье для химической переработки с целью получения целлюлозы, кормовых дрожжей; из сосны добывают живицу. Лесоматериалы из сосны в больших количествах экспортируются.
Ель (Picea). Ель занимает примерно 1/8 часть покрытой лесом площади. Наиболее распространены ель обыкновенная — Р. abies (L.) Karst., или Р. excelsa Link., и ель сибирская — Р. obovata Ledeb.; первая из них произрастает на европейской части страны в той же полосе, что и сосна, вторая — от Урала до Приморья и от 72° северной широты до Саян и Алтая. Значительно меньше распространены три вида, произрастающих преимущественно в горах: ель аянская — Р. ajanensis (Lindl. et Gord.) Fisch, ex Carr. — на Дальнем Востоке, ель восточная — Р. orientalis Link — на Западном Кавказе и ель Шренка — Р. schrenkiana Fisch, et Меу. — в горах Тянь-Шаня.
Ель — безъядровая, спелодревесная порода. Древесина белая со слабым желтоватым оттенком. Годичные слои хорошо заметны, смоляные ходы малочисленные и мелкие. По прочности, плотности и биостойкости древесина ели несколько уступает древесине сосны. Кроме того, она труднее обрабатывается из-за обилия сучков и их повышенной твердости. Древесина однородного строения, малосмолистая, имеет устойчивый белый цвет, длинные волокна. Применяется в тех же областях, что и древесина сосны, но особенно — в целлюлозно-бумажной промышленности. Кроме того, ее используют в производстве музыкальных инструментов
170
(для дек). Из коры ели получают дубильные вещества. Еловы»1е лесоматериалы идут на экспорт.
Пихта (Abies). Наиболее распространены следующие виды: пихта сибирская — A. sibirica Ledeb., произрастающая на северо-во-стоке европейской части страны, Урале, в лесной зоне Сибири; улихта белокорая — A. nephrolepis Maxim, (на Дальнем Востоке); пих'"га сахалинская — A. sachalinensis Mast.; пихта кавказская — A. nordmat*'m‘ana Spach; пихта европейская, или белая, - A. alba Mill, (в Карпатах).
Пихта — безъядровая, спелодревеская порода. ДревесиДна по внешнему виду очень похожа на древесину ели, но отливается отсутствием смоляных ходов.
Наиболее высокими показателями обладает древесина глихты кавказской. Несколько уступает ей, по данным Б. И. ЦыбыкаЦ Древесина пихты европейской. Древесина обоих видов используется так же, как и древесина ели. Применение других видов пихт^ы Для изготовления некоторых изделий не допускается в связи с гдтони-женной прочностью древесины.
Кедр (Pinus). В род Pinus кроме сосны обыкновенной вх<ЗДЯт и другие виды, в частности известные под названием кедр. В (Отечественных лесах произрастают кедр сибирский, или сосна к?еДР°-ная сибирская, — Р. sibirica Du Tour (на северо-востоке европейской части страны, в Сибири почти до Забайкалья) и сосна кЖИро-вая корейская — Р. koraensis Sieb. et Zucc. (в южной части Дальнего Востока); в Карпатах произрастает сосна малорослая, или кадровый стланик, — Р. pumila Regel.; в горах Восточной Сибири и, Дальнего Востока — сосна кедровая европейская — Р. cembra L.
Древесина имеет ядро светло- или желтовато-розового [Ивета, нередко отграниченное от широкой, желтовато-белой забо°лони. Годичные слои заметны, переход от ранней древесины к по »здней постепенный, растушеванный. Смоляных ходов у кедра мейньше, чем у сосны, но они более крупные.
Древесина кедра мягкая, хорошо обрабатывается в разнь^ьх направлениях, прочность как у древесины ели сибирской и [Дтихты сибирской, однако более стойка к гниению, чем древесина обеих этих пород. Характерная область применения кедра — карандашное производство. Кроме того, кедр применяется в тех же едблас-тях, что сосна и ель. Из кедровых орехов добывают маслДО для пищевых и технических целей.
Можжевельник (Jumperus). Большинство можжевельников — кустарники. Наиболее распространены несколько видов арчи. Кара-арча — J. polycarpos С. Koch и саур-арча— J. cemiglobosa Regelfl- произрастают в горах Туркмении и Киргизии в виде крупных куУстаР-ников или небольших деревьев.
Арча, так же как и другие можжевельники, относится к ядровым породам с узкой заболонью. Ядро коричневое, годичные^ слои волнистые, смоляных ходов нет, сердцевинные лучи не в>йдны.
171
Древесина арчи имеет плотность 500...700 кг/м3, хорошо обраба тывается режущими инструментами. Ее можно использовать для получения карандашной дощечки, однако она сильно коробится в горах применяется для строительства. Арчовое масло использую i в медицине для лечения кожных и ряда других заболеваний.
Тис (Taxus). Это очень древняя порода. В настоящее время ветре чаются два вида: тис ягодный европейский — Т. bacata L., произ растаюший в горных лесах Кавказа и Крыма, и тис остроконеч ный дальневосточный — Т. cuspidata Sieb. et Zucc., распространен ный в Приморском крае и на Сахалине. Древесина тиса имесч красно-бурое ядро и резко отграниченную узкую желтовато-бе лую заболонь. Годичные слои извилистые, смоляных ходов нс г. Древесина имеет красивую текстуру и ценится как отделочный материал, из нее изготовляют высококачественную мебель. Дре весину капов применяют для изготовления художественных поде лок, строганого шпона.
8.2.	Лиственные породы
Лиственные породы занимают около 20 % площади лесов на шей страны. На этой площади произрастает много разнообразных пород.
Древесина лиственных пород по хозяйственному значению пока существенно уступает древесине хвойных пород. Однако для рай онов Центра европейской части России характерен процесс сме ны древесных пород: после рубки вместо хвойных появляются лиственные (береза, осина и др.). Значение древесины листвен ных пород для этих районов возрастает.
Согласно СТ СЭВ 1263 — 78 все лиственные породы по твердо сти их древесины делятся на твердые и мягкие (рубеж 50 Н/мм2) В следующем далее обзоре породы (виды), отнесенные к мягким, отмечены значком *.
КОЛЬЦЕСОСУДИСТЫЕ ПОРОДЫ. Дуб (Quercus). Наиболее распространен дуб черешчатый, или летний, — Q. robur L. Ареал (область распространения) имеет форму клина с основанием па линии С.-Петербург—Одесса и острием, выходящим к Южному Уралу.
Древесина дуба имеет ядро темно-бурого или желтовато-ко ричневого цвета и узкую желтовато-белую заболонь, на попереч ном разрезе в ранней зоне годичного слоя видны крупные сосу ды, а в темной поздней древесине — светлые радиальные пламе видные полоски, образованные мелкими сосудами и окружающей их паренхимой. Годичные слои и широкие (настоящие) сердце винные лучи хорошо заметны на всех разрезах. Древесина проч ная, стойкая против гниения, хорошо гнется, имеет красивую
172
гекстуру и находит многообразное применение: в виде паркета, строганого шпона для отделки изделий, в мебельной промышленности, машиностроении, в тарном (бочки для вина и пива) и дубильно-экстрактном производствах.
Ясень (Fraxinus). В средней и южной полосе европейской части страны наибольшее распространение имеет ясень обыкновенный — F. excelsior L., ясень маньчжурский — F. mandshurica Rupr. распространен на Дальнем Востоке.
Ясень — ядровая порода с белой, слегка желтоватой или розоватой заболонью и светло-бурым ядром. На поперечном разрезе в поздней древесине скопления мелких сосудов и паренхимы образуют беспорядочно расположенные белые точки или черточки (у границы слоя). Годичные слои хорошо видны, сердцевинные лучи не заметны. Древесина ясеня по свойствам близка к древесине дуба, поэтому и область ее применения примерно та же. Древесина ясеня обладает высокой ударной вязкостью, хорошо гнется, не дает отщепов, используется преимущественно в производстве спортивного инвентаря (теннисных ракеток, хоккейных клюшек и др.).
Вяз, ильм, берест (Ulmus). Наибольшее значение имеют три вида: вяз гладкий — U. laevis Pall. — произрастает только в европейской части страны, преимущественно в средней полосе; вяз шершавый, или ильм горный, — U. glabra Hudson — распространен там же, где и вяз гладкий, а также на Дальнем Востоке; берест (карагач), или вяз полевой, — U. carpinifolia Rupr, ex Suckow, или U. foliacea Gilib. — растет на юге европейской части региона и в Средней Азии.
Ильмовые — ядровые породы. Годичные слои хорошо различимы, на поперечном разрезе в поздней древесине видны светлые волнистые непрерывные линии, направленные вдоль годичных слоев (у вяза, ильма) или под углом к ним (у береста).
Древесина вяза имеет сравнительно широкую желтовато-белую йболонь, которая постепенно переходит в светло-бурое ядро. Сердцевинные лучи у вяза заметны только на радиальном разрезе в виде коротких штрихов; они имеют одинаковый цвет с окружающей древесиной. Сердцевинные лучи можно обнаружить лишь по блеску.
У древесины ильма ядро темно-бурое, заболонь узкая. Сердцевинные лучи видны на поперечном разрезе, а на радиальном разрезе, выделяясь более темным цветом и блеском, они создают характерную рябоватость. Берест по внешнему виду древесины очень похож на ильм.
Древесина вяза, ильма и береста примерно одинакова по свойствам и применяется в одних и тех же областях: для производства мебели, строганого шпона, в машиностроении, обозном производстве. Древесина ильма и береста, обладающая красивой тек
173
стурой, используется преимущественно как отделочный материал, а также для художественных поделок (капы береста).
Каштан посевной, съедобный {Castanea sativa Mill.). Эта порода произрастает на Кавказе главным образом в западной его части. Каштан* — ядровая порода с узкой серовато-белой заболонью и серовато-бурым ядром. Мелкие сосуды в поздней зоне годичных слоев образуют радиальные группы в виде язычков пламени. Сердцевинные лучи узкие, незаметные. Древесина каштана по строению и внешнему виду очень похожа на древесину дуба, отличаясь от нее отсутствием широких сердцевинных лучей. Однако по физико-механическим свойствам древесина каштана значительно уступает древесине дуба: прочность при сжатии и статическом изгибе на 30... 40 %, твердость в 2 раза, ударная вязкость в 2,5 раза меньше.
Малые запасы древесины каштана ограничивают ее применение; она идет на изготовление клепки для бочек под вино, применяется в производстве строганого шпона и мебели. Древесина и кора каштана богаты дубильными веществами, вследствие чего все отходы используют для дубильно-экстрактного производства.
Бархатное дерево, или бархат амурский {Phellodendron amurense Rupr.). Эта порода произрастает на Дальнем Востоке и в южной части Сахалина. Бархатное дерево* — ядровая порода с узкой заболонью желтого цвета, резко отграниченной от коричневато-бу рого ядра. В поздней зоне годичных слоев мелкие сосуды образуют группы в виде коротких черточек и дугообразных линий, направленных параллельно границе слоя. Сердцевинные лучи узкие, малозаметные. Древесина бархатного дерева по строению и внешне му виду очень похожа на древесину ясеня (отличается от послед ней узкой желтой заболонью и более темным цветом ядра).
Физико-механические свойства древесины бархатного дерева заметно ниже, чем у ясеня обыкновенного: плотность и про чность при сжатии вдоль волокон меньше на 30%, прочность при статическом изгибе — на 60 %, ударная вязкость и твердость — почти в 2 раза.
Благодаря легкости обработки и красивому внешнему виду древесина бархатного дерева применяется в производстве мебе ли и строганого шпона. Кора отличается сильно развитым пробковым слоем и идет на изготовление укупорочной пробки мел ких размеров.
Фисташка {Pistacia). Фисташка туполистная, или кевовое дере во, — Р. mutica Fisch, et Меу. произрастает в Закавказье и в Крыму, а фисташка настоящая — Р. vera L. — в Средней Азии.
Фисташка относится к ядровым породам, обладает широкой желтовато-белой заболонью, резко отграниченной от ядра, которое в свежесрубленном состоянии имеет зеленовато-бурый цвет. При камерной сушке или длительном хранении ядро становится
174
красновато-бурым. Крупные сосуды в заболони и ядре закупорены тиллами. Мелкие сосуды в поздней зоне годичных слоев обра-;уют косорадиальные линии. Сердцевинные лучи очень узкие, незаметные. В древесине по сердцевинным лучам проходят горизонтальные камедно-смоляные ходы, а в коре имеются вертикальные ходы.
Древесина очень плотная, твердая, износостойкая, трудно раскалывается, маслянистая на ощупь; применяется в машиностроении.
РАССЕЯННО-СОСУДИСТЫЕ ПОРОДЫ. Береза (Betula). Наибольшее распространение и значение имеют два вида: береза повислая* — В. pendula Roth., или бородавчатая* — В. verrucosa Ehrh., названная так из-за бородавок на молодых побегах, и береза пушистая* — В. pubescens Ehrh., получившая свое название из-за опушенных побегов и листьев.
Область распространения обоих видов очень широка (2/3 площади всех лиственных лесов страны), на севере доходит до тундры, на юге — до Крыма и Кавказа, с запада на восток до Яблонового хребта, причем в более северных и восточных районах растет береза пушистая.
Из дальневосточных видов отметим березу желтую, или ребристую*, — В. costata Trautv., произрастающую в бассейнах Амура и Уссури; березу Эрмана — В. ermanii Cham., растущую на каменистых россыпях Сахалина, Камчатки, Охотского побережья, хребта Сихотэ-Алинь; березу черную, или даурскую, — В. dahurica Pall., растущую в Забайкалье и Приморском крае; березу железную — В. schmidtii Regel., произрастающую в Приморском крае. Темнокорые березы Восточной Сибири и Дальнего Востока часто называют каменными березами.
Береза — безъядровая порода. Древесина белая, с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои заметны плохо. Сердцевинные лучи видны лишь на строго радиальных разрезах (расколах). Для древесины березы повислой характерны сравнительно высокие прочность, твердость, ударная вязкость, но малая стойкость к гниению.
Древесина березы железной по плотности и прочности в 1,5 раза, а по твердости в 2,5 раза превосходит древесину березы повислой и пушистой. Древесина березы желтой, черной и каменной также имеет более высокие показатели физико-механических свойств.
Древесина березы повислой и пушистой находит многообразное применение (лущеный шпон для фанеры, ружейные ложа, пыжи, строительные детали, плиты, целлюлоза, паркет, фурфурол, сырье для пиролиза и углежжения и др.). Древесина карельской березы и капов используется как декоративный материал. Древесина железной березы применяется в машиностроении.
175
Осина обыкновенная {Populus tremula L.). Находится на втором месте по занимаемой площади среди лиственных пород (1/7 этой площади), произрастает почти повсеместно.
Осина* — безъядровая спелодревесная порода. Древесина белого цвета с зеленоватым оттенком, годичные слои заметны слабо, сердцевинные лучи не видны. Древесина осины имеет однородное строение, легко лущится, пропитывается и не дает сильно коптящего пламени (сырье для спичечной промышленности). Используется в сельском строительстве (колодцы, погреба, кровельная дрань и т.д.), а также для производства древесно-волокнистых плит, целлюлозы, картона, фанеры, в лесохимии и других отраслях. Применение осины ограничивается из-за часто встречающейся в растущих деревьях ядровой гнили.
Бук {Fagus). В рассматриваемом регионе произрастает преимущественно бук восточный — F. orientalis Lipsky (на Кавказе и в Крыму), а также бук лесной, или европейский, — F. sylvatica L. (в Карпатах).
Бук — безъядровая порода. Древесина белая с желтоватым или красноватым оттенком, годичные слои хорошо видны. Сердцевинные лучи широкие, на радиальном разрезе они имеют вид блестящих полосок, а на тангенциальном — коричневатых чечевичек, создающих характерный крапчатый рисунок.
Древесина бука обладает высокой прочностью, красивой тек стурой (особенно на радиальном разрезе), хорошо гнется, находит многообразное применение (строганый шпон, паркет, гнутая мебель, детали машин и др.), используется в лесохимии.
Липа (Tilia). Из произрастающих в регионе видов отметим следующие: липа сердцевидная, или мелколистная, — Т. cordata Mill. — растет в средней и южной полосе европейской части региона, Западной Сибири, а также в Крыму и на Кавказе; липа крупнолистная — Т. platyphyllos Scop. — растет только на Кавказе; липа амурская — Т. amurensis Rupr. — растет на Дальнем Востоке.
Липа* — безъядровая порода. Древесина белая с легким розоватым оттенком; годичные слои слабо заметны лишь на попереч ном и тангенциальном разрезах, узкие сердцевинные лучи видны на поперечном и на радиальном разрезах. Древесина липы имеет однородное строение, мягкая, легко режется, мало трескается и слабо коробится, используется для изготовления чертежных принадлежностей, моделей для литья, карандашей, резных изделий, игрушек, тары.
Ольха {Alnus). Наибольшее значение имеют: ольха клейкая, или черная, — A. glutinosa (L.) Gaerth., произрастающая в европейской части территории страны и в Западной Сибири; ольха серая, или белая, — A. incana (L.) Moench., которая растет в европейской части региона и в Западной Сибири; ольха сибирская, произрастающая восточнее реки Оби.
176
Ольха* — безъядровая порода. Древесина ольхи в свежесруб-'ichhom состоянии белого цвета, но на воздухе она приобретает красновато-бурую окраску. Годичные слои заметны слабо, сосуды не видны. Редкие ложноширокие сердцевинные лучи можно увидеть на всех разрезах. Часто встречаются сердцевинные повторения.
Древесина ольхи мягкая, однородная по строению, применяется в фанерном, столярно-мебельном производстве и для изготовления ящичной тары.
Тополь (Populus). Род, который объединяет 50 видов, произрастающих в данном регионе, в том числе и рассмотренную отдельно осину. Наиболее широко распространены тополь черный, или осокорь, — Р. nigra L. и тополь белый — Р. alba L., которые произрастают в европейской части страны, Западной Сибири до Саян, Средней Азии.
Тополь* — быстрорастущая ядровая порода с широкой заболонью белого цвета, нерезко отграниченной от ядра светло-бурого или желтовато-бурого цвета. Годичные слои широкие, слабозаметные, сосуды мелкие, сердцевинные лучи очень узкие. Древесина у тополя мягкая, малостойкая против гниения, применяется н производстве целлюлозы и бытовых изделий. Кора осокоря (бал-бера) идет на изготовление рыболовных поплавков.
Граб обыкновенный (Carpinus betulus L.). Наиболее распространен из четырех видов данного рода, произрастает на Кавказе, в Карпатах, в Крыму, юго-западных и западных зонах региона.
Граб — безъядровая порода. Древесина серовато-белая, на поперечном разрезе заметны волнистые годичные слои и хорошо видны светлые, слегка изогнутые ложноширокие сердцевинные лучи. Древесина граба отличается высокой твердостью, износостойкостью, но часто коробится и растрескивается, применяется п основном для изготовления деталей машин.
Клен (Acer). В регионе произрастает 25 видов, среди них: клен илатановидный, или остролистный, — A. platanoides L. — растет в средней полосе европейской части страны, а также на Кавказе; клен полевой — A. campestre L. — растет преимущественно на Украине; клен ложноплатановый, или белый явор, — A. pseudoplatanus I.. — растет главным образом на Западном Кавказе, а также на Украине; клен мелколистный — A. mono Maxim., клен маньчжурский — A. mandshuricum Maxim. — растут на Дальнем Востоке.
Клен — безъядровая порода. Древесина у явора блестящая, белая, а у остальных видов клена — с красноватым или буроватым опенком. Годичные слои заметны на всех разрезах. Сердцевинные лучи особенно хорошо видны на радиальном разрезе, создают характерную рябоватость. Клен имеет твердую, плотную древесину с красивой текстурой; прочность древесины несколько больше, чем у древесины дуба. Применяется в мебельном производ
177
стве, для изготовления деталей машин, корпусов музыкальных инструментов и т.п. Особо ценится строганый шпон со свилева той текстурой из древесины ствола и капов.
Ива (Salix). Из 120 видов данного рода, произрастающих в ре гионе, древовидными являются: ива белая (ветла) — 5. alba L распространенная в средней и южной полосе европейской чаш в страны и в Западной Сибири; ива ломкая (верба) — S. fragilis I. произрастающая несколько севернее, чем ветла и некоторые дру гие виды.
Ива* — быстрорастущая порода, ядровая, с широкой белов заболонью, нерезко отграниченной -от буровато-розового ядра Годичные слои и сердцевинные лучи заметны слабо, сосуды мел кие. По свойствам древесина ивы близка к древесине липы и иг пользуется для изготовления долбленых лодок, посуды и т.д.; ветки применяются для изготовления плетеных изделий. Кора ивы дас i дубильные вещества.
Орех (Juglans). Из произрастающих в регионе видов следует or метить орех грецкий — J. regia L. (на Кавказе и в Средней Азии), а также орех манчьжурский — J. mandshuricum Maxim, (на Дальнем Востоке). По механическим свойствам древесины орех маньчжур ский значительно уступает ореху грецкому.
Ядро коричневато-серой неравномерной окраски, нерезко о i граниченное от широкой сероватой заболони, видны крупные сосуды. Годичные слои и сердцевинные лучи заметны слабо. Дре весина отличается высокими декоративными свойствами, хор<> шо обрабатывается, используется в виде строганого шпона (осн бенно ценится шпон из капов), идет на ложа охотничьих ружей и другие изделия.
Платан восточный, или чинар (Platanus orientaiis L.). Наиболее распространенный вид платана, произрастает в Средней Азин встречается на Кавказе. Ядровая порода с широкой заболонью се роватого цвета, нерезко отграниченной от красновато-бурого ядра Годичные слои заметны слабо, сосуды мелкие, незаметные, сер дцевинные лучи широкие, хорошо видны на всех разрезах, пл радиальном разрезе они образуют характерную текстуру. Древес и на платана используется в мебельном производстве как отделом ный материал, а также для изготовления художественных и быто вых изделий.
Груша обыкновенная (Pyms communis L.). Произрастает в диком состоянии в средней и южной полосе европейской части страны, в Крыму и на Кавказе. Безъядровая порода с древесиной розова то-желтовато-белого или буровато-красного цвета. Сосуды очеш. мелкие, годичные слои и сердцевинные лучи едва видимы. Древесина плотная, твердая, хорошо обрабатывается, мало коробится и растрескивается. Используется для изготовления мебели, музы
178
сальных инструментов, чертежных принадлежностей и других це-чей.
Самшит вечнозеленый (Buxus sempervirens L.). Произрастает на Черноморском побережье Кавказа, а также в Крыму. Безъядровая порода со светло-желтой, матовой, очень плотной и твердой древесиной; годичные слои узкие, слегка волнистые, сосуды и сердцевинные лучи незаметные. По физико-механическим свойствам древесина самшита близка к древесине граба. Используется для и в отовления духовых музыкальных инструментов, резных и токарных художественных изделий.
Железное дерево, или парротия персидская (Parrotia persica (А.Меу.). Произрастает около Ленкорани (южное побережье Каспийского моря). Безъядровая порода с древесиной бледно-розово-|о цвета, со временем приобретает коричневатые оттенки. Годичные слои плохо заметны, сердцевинные лучи можно различить 1олько на радиальном разрезе. Древесина очень прочная и твердая, по свойствам напоминает самшит, используется в местных условиях как конструкционный и поделочный материал.
Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.). Распространена в лесной зоне страны. Ядровая порода с широкой красновато-белой ыболонью и красновато-коричневым ядром. Годичные слои хороню заметны, сосуды мелкие, сердцевинные лучи едва видны на радиальном разрезе. Обладает характерным блеском. По механическим свойства древесина рябины несколько уступает древесине Рука, используется для изготовления рукояток к ударным инструментам, токарных изделий.
Лещина обыкновенная, или орешник* (Corylus avellana L.). Дре-повидный кустарник, произрастает в тех же областях, что и дуб нс гний.
Безъядровая порода с древесиной белого цвета со слабым блеском. Годичные слои заметны плохо, сосуды мелкие, невидимые, сердцевинные лучи узкие и ложноширокие, иногда изогнуты на поперечном разрезе. Древесина лещины по физико-механическим свойствам несколько превосходит березу; из лещины изготовляют деревянные обручи, охотничий порох, рисовальные угли.
8.3.	Иноземные породы
Секвойядендрон (Sequoiadendrori) и секвойя (Sequoia). Каждый род имеет по одному виду. Оба произрастают в Калифорнии К IUA), главным образом в заповедниках. Секвойядендрон гиган-н кий — 5. giganteum (Lindl.) Buchh. достигает огромных размеров. II шестны деревья высотой до 120 м при диаметре в комле 15 м возрастом около 6000 лет. Не уступает по размерам и секвойя веч
179
нозеленая — S. sempervirens Endl., которая разводится, хорошо растет и плодоносит на Черноморском побережье Кавказа.
Секвойя и секвойядендрон — хвойные ядровые породы с узкой белой заболонью. Ядро от светловишневого до красновато-коричневого цвета, годичные слои хорошо видны благодаря более темной и плотной поздней древесине. Ранняя древесина рыхлая, мягкая, смоляных ходов не имеет, но содержит многочисленные смоляные клетки, собранные в вертикальные ряды. Сердцевинные лучи однорядные.
По физико-механическим свойствам секвойя довольно близка к ели, но имеет лучшую стойкость против гниения. У себя на родине она применяется в столярном и мебельном производстве, для внутренней отделки вагонов, кают, в градирнях, силосных башнях, для строительства мостов, эстакад, производства строганого шпона, особенно из наростов.
Лжетсуга тисолистная, или дугласия (Pseudotsuga Britt.), или лжетсуга Мензиса (Р. menziesii (Mirb.) Franco). Произрастает на западе Северной Америки, достигает высоты 115 м и 5 м в диаметре; быстрорастущая порода, доживает до 1000 лет. Культиви руется на Украине, в Белоруссии, Прибалтике, на Черноморском побережье Кавказа.
Лжетсуга — хвойная порода с узкой желтоватой заболонью, ядро розовато-красного или желтовато-бурого цвета, обладает запахом резины. Годичные слои хорошо видны, переход от ранней зоны к поздней резкий. Смоляные ходы мелкие, сердцевинные лучи многочисленные, однорядные и многорядные (включают до пяти рядов клеток по ширине и содержат узкий смоляной ход). По физико-механическим свойствам древесина лжетсуги приближа-' ется к древесине сосны. У себя на родине используется для производства фанеры, столярных изделий, применяется в судостроении, для изготовления шпал, столбов, клееных конструкций баков, цистерн, чанов.
Акация белая (Pobinia pseudoacacia L.). Эта порода родом из Северной Америки, завезена в Европу в 1601 г. Разводится и хорошо растет на Украине, Кавказе, в Крыму, а также в Средней Азии, одна из основных пород Венгрии.
Белая акация — ядровая кольцесосудистая порода с очень узкой заболонью желтоватого цвета, резко отграниченной от зеленовато-серого или желтовато-серого ядра. Ранняя зона годичных, слоев занята кольцом крупных сосудов. Мелкие сосуды в поздней зоне образуют группы в виде точек, черточек или коротких извилистых линий; сосуды закупорены тиллами. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах. Сердцевинные лучи узкие, но заметные. Древесина белой акации обладает красивым цветом и текстурой, высокой твердостью, прочностью и стойкостью против гниения. По физико-механическим свойствам она стоит значительно
180
выше дуба и ясеня, используется для изготовления паркета, мебели и других изделий.
Шелковица, или тутовое дерево (Morus). Два вида: шелковица белая — М. alba L. и черная — М. nigra L., широко культивируются в Закавказье и Средней Азии ради листьев, которые идут на корм шелковичным червям.
Шелковица — кольцесосудистая порода с очень узкой (3...5 годичных слоев) желтовато-белой заболонью, резко отделяющейся от красновато-бурого ядра.
От действия света древесина темнеет и становится темно-бурой. Годичные слои хорошо видны; сосуды ранней зоны крупные, часто закупорены тиллами белого цвета; в поздней зоне мелкие сосуды и паренхимные клетки вначале образуют небольшие группы в виде светлых точек, а в широких слоях ближе к наружной границе — короткие черточки, параллельные слою. Сердцевинные лучи узкие, но довольно хорошо заметные, на поперечном разрезе светлее окружающей древесины. Древесина твердая, тяжелая, с красивой текстурой, цветом и блеском, применяется для бытовых и художественных изделий.
Эвкалипт (Eucalyptus). Родина эквалиптов — Австралия и Океания. Насчитывается более 500 видов, отдельные из которых дают деревья гигантских размеров, достигающие высоты 150 м. Эвкалипты отличаются большой скоростью роста.
На Черноморском побережье Кавказа было испытано более 150 видов. Наиболее морозоустойчивым оказался образующий весьма крупные деревья эвкалипт Дальримпля — Eucalyptus dalrympleana Maiden.
Эвкалипт — ядровая рассеянно-сосудистая лиственная порода. Заболонь светлая, ядро бурого цвета разных оттенков (коричневого, красновато-коричневого). Годичные слои заметны только на поперечном разрезе. Сосуды мелкие, образуют группы в виде коротких линий под углом к границе слоя, сердцевинные лучи узкие, не заметные простым глазом. Полости сосудов заполнены тиллами и скоплениями ядровых веществ желто-бурого цвета. Волокна либриформа толстостенные, их полости заполнены содержимым темного цвета. Сердцевинные лучи многочисленные, однородные, преимущественно однорядные, не различимые простым глазом.
Физико-механические свойства древесины эвкалиптов зависят от ботанического вида. В большинстве случаев плотность сухой древесины 700...900 кт/м3; древесина обладает высокой прочностью и биостойкостью.
Древесина эвкалиптов на их родине имеет широкое применение: используется в вагоностроении, строительстве (столбы, шпалы, торцовые мостовые, подводные сооружения); из листьев получают ценные для медицины эфирные масла, газ для отопления.
181
Тик, или тектона великая (Tectona grandis L). Произрастает в Индии, Вьетнаме и других странах Южной и Юго-Восточной Азии. Ядровая лиственная порода со светло-бурой узкой заболонью и ядром от желто- до темно-бурого цвета. Годичные слои довольно хорошо заметны, на поперечном разрезе их границы часто бывают волнисты. Сердцевинные лучи узкие, слабо заметны. Годичный слой начинается крупными сосудами, расположенными по одному, реже по два в ряд; диаметр сосудов уменьшается по направлению к внешней границе годичного слоя.
Древесина масляниста на ощупь, имеет запах старой кожи, плотная, довольно твердая и прочная, износостойкая при трении, обладает высокой стойкостью против гниения, кислот и щелочей, не вызывает коррозию металлов. В пещерных храмах Индии, построенных 2000 лет назад, древесина тика находится в хорошем состоянии. По физико-механическим свойствам древесина тика близка к древесине березы повислой, но уступает древесине дуба и лиственницы. Широко применяется в судостроении и для портовых сооружений, а также для изготовления химической аппаратуры, мебели и других изделий.
Красное дерево. Так называют в международной торговле ряд древесных пород, имеющих древесину красного цвета с различными оттенками. Наибольшей известностью пользуется свиете-ния краснодеревная, или махагони — Swietenia mahagoni Jacq., произрастающая в Центральной Америке. Махагони — ядровая рассеянно-сосудистая лиственная порода с узкой белой заболонью. Ядро буровато- или коричневато-красное, с окраской разной интенсивности. На поперечном разрезе заметны светлые границы годичных слоев. Сердцевинные лучи узкие, слабо заметные, на тангенциальном разрезе расположены горизонтальными рядами или ярусами. Сосуды довольно крупные, собраны в небольшие радиальные группы по 2—3 вместе. По физико-механическим свойствам древесина махагони близка к древесине каштана съедобного.
Под названием махагони часто продают древесину произрастающей в Латинской Америке свиетении крупнолистной — 5. macrophylla King (местное название каоба). Широко используются африканские породы: кайа — Khaya ivorensis A. Chev.; сапеле — Entadrophragma cylindricum Sprague.; сило — E. utile Sprague.; косило — E. candollei Harms; ироко — Chlorophora exelsa Benth et Hook и др.
Красное дерево применяется для изготовления высококачественной мебели, музыкальных инструментов, отделки кают судов и т.д.
Палисандр. Так называют разные породы, имеющие сходную по цвету и строению древесину. Наиболее часто это название применяется для древесины дальбергии черной — Dallhergia nigra Fr. All., произрастающей в Бразил rm, — бразильское розовое дерево. Это ядровая рассеянно-сосудистая лиственная порода с крупны
182
ми сосудами. Заболонь узкая, светло-желтая, с сероватым оттенком, ядро пурпурно-коричневого или шоколадно-бурого цвета иногда с фиолетовым оттенком, часто неравномерной окраски (с черными и темно-коричневыми полосами). Годичные слои слабо заметны, сердцевинные лучи очень узкие, многочисленные, плохо видны. Древесина очень тяжелая (плотность 800...900 кг/м3), мало усыхает, трудно раскалывается, хорошо полируется, применяется для изготовления ценных музыкальных инструментов (пианино), художественной мебели, наборного паркета, токарных изделий и т. п.
Черное дерево. Это торговое название объединяет разные породы, имеющие древесину черного цвета. Наиболее известны цейлонское эбеновое дерево — Diospyros ebenum Koenig., произрастающее в Индии, Шри Ланке, и африканское эбеновое дерево — D. crassiflora Hiem., произрастающее в Нигерии, Гане, Камеруне, Заире.
Черное дерево — ядровая рассеянно-сосудистая лиственная порода с узкой белой заболонью. Ядро глянцево-черного цвета, годичные слои незаметны, сердцевинные лучи узкие, не видны ни на одном разрезе. Сосуды мелкие, собраны в радиальные группы по 2 — 3 вместе; полости сосудов и волокон либриформа часто заполнены скоплением ядровых веществ черного цвета. Плотность сухой древесины первого из указанных ботанических видов 1190 кг/м3, второго — 1030 кг/м3.
Применяется для изготовления духовых и других музыкальных инструментов, художественно-декоративных изделий, рукояток и т.д.
Бакаут, или гваяковое дерево. В торговле обращаются два вида: гваякум лечебный — Guajacum officinale L. и в последнее время преимущественно гваякум священный — G. sanctum L. Вечнозеленые медленнорастущие деревья высотой 6...9 м, диаметром 0,3 м (иногда до 0,7 м) произрастают в Центральной и Южной Америке. Бакаут — ядровая кольцесосудистая порода с узкой (у первого вида) или широкой (у второго вида) заболонью желтоватого или кремового цвета, которая резко отличается от зеленовато-черного ядра. Кольца прироста (не годичные слои) почти незаметны. Сердцевинные лучи очень узкие, незаметные, на тангенциальном разрезе расположены горизонтальными рядами или ярусами. Сосуды мелкие, полости их заполнены бурым содержимым. Волокна либриформа толстостенные, с узкими полостями.
Древесина бакаута одна из самых тяжелых: ее плотность при 15 % влажности составляет 1300 кг/м3. Прочность при сжатии вдоль волокон 72,5 МПа, торцовая твердость 152 Н/мм2, а боковая — 134 Н/мм2. Древесина износостойкая, но трудно обрабатывается, содержит много (около 1/4 массы) гваяковой смолы, используемой для лечебных целей, обладает самосмазывающими свойствами (особенно в воде). Применяется в качестве материала подшипни
183
ков, блоков, шаблонов в машиностроении, судостроении, для токарных изделий.
Бальза, или охрома заячья (Ochroma lagopus Sw.). Из семейства баобабовых, произрастает в тропической зоне Центральной Америки, главным образом в Эквадоре. Одна из самых быстрорастущих пород, в возрасте 7 лет дает стволы диаметром 0,5 м и высотой до 21 м. Возраст технической спелости 4...5 лет, предельный возраст 12... 15 лет.
Бальза — ядровая рассеянно-сосудистая лиственная порода с неясно отграниченной заболонью пойти белого цвета; ядровая древесина белая с легким красновато-бурым оттенком и шелковистым блеском. Сосуды на поперечном разрезе хорошо заметны невооруженным глазом; они немногочисленные, расположены по одному, реже по два вместе. Сердцевинные лучи заметны на всех разрезах. Древесина бальзы Самая легкая (легче пробки), мягкая, пористая (пористость до 95 %).
Показатели физико-механических свойств древесины в воздушно-сухом состоянии: плотность в среднем 120 кг/м3 (может колебаться от 50 до 380 кг/м3), прочность при сжатии вдоль волокон 5,4 МПа, а при изгибе —14 МПа, ударная вязкость — 1,7 Дж/см2. Находит многообразное применение как тепло-, звукоизоляционный, достаточно прочный и легкий материал в машиностроении, судостроении, для изготовления спортивного инвентаря, поплавков и т.д. [26].
Контрольные вопросы
1.	Какая самая распространенная порода среди хвойных?
2.	Перечислите специфические области применения древесины ели.
3.	Назовите наиболее распространенные кольцесосудистые лиственные породы и области их применения.
4.	Назовите наиболее распространенные рассеянно-сосудистые лиственные породы и области их применения.
5.	Какие породы известны под названиями красное и черное дерево?
ЧАСТЬ II
ЛЕСНОЕ ТОВАРОВЕДЕНИЕ
Глава 9
КЛАССИФИКАЦИЯ И СТАНДАРТИЗАЦИЯ ЛЕСНЫХ ТОВАРОВ
9.1.	Классификация лесных товаров
Лесными товарами принято называть материалы и продукты, получаемые путем механической, механико-химической и химической переработки ствола, корней и кроны дерева. Значительная часть товаров лесозаготовок реализуется в лесоперерабатывающей промышленности: лесопильной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, гидролизной и лесохимической; часть лесных товаров направляется в другие отрасли народного хозяйства и на экспорт. Все лесные товары можно разделить на семь групп.
I.	Лесоматериалы. В эту группу входят товары, которые получают путем механической обработки в основном ствола дерева. При этом заготавливают деловую древесину и дрова, которые пригодны для использования только в виде топлива. Низкокачественную деловую древесину называют технологическим сырьем.
Из отходов лесозаготовок (сучьев, вершинок и др.) и лесопиления (реек, опилок и др.) также получают лесоматериалы, которые применяют главным образом для химической переработки.
По способу механической обработки лесоматериалы следует разделить на шесть классов: 1) круглые (получают поперечным делением хлыста на отрезки, имеющие округлую форму сечения); 2) пиленые лесоматериалы, или пилопродукпия (получают продольным пилением или фрезерованием древесины и последующим поперечным раскроем материала); 3) лущеные (получают резанием древесины по спирали — лущением); 4) строганые (получают резанием древесины ножами, формирующими плоскую поверхность раздела); 5) колотые (получают разделением древесины вдоль волокон клиновидным инструментом); 6) измельченную древесину (получают специальной переработкой древесины с помощью рубильных машин, фрезернопильных агрегатов, дробилок, молотковых мельниц, стружечных станков и размольных устройств, а также в процессах обычного пиления и фрезерования).
Разновидности лесоматериалов определенного назначения принято называть сортиментами.
185
Одной из задач таксации (от лат. taxatio — оценка) леса являс i ся сортиментация насаждений, т. е. установление запасов деловоп и дровяной древесины и выхода отдельных сортиментов.
II.	Сырье для лесохимических производств. К этой группе отно сятся товары, получаемые механическим путем из ствола, кор ней, кроны и специально предназначенные для использования и качестве сырья лесохимических производств. Сюда входят: коры-лиственницы, ели, ивы и древесное сырье из дуба, каштана (для выработки дубильных экстрактов); пневый и стволовый осмол и i сосны; древесное сырье хвойных и лиственных пород для пиролн за и углежжения (ГОСТ 24260—80), а также сырье для угля спс циального назначения (ГОСТ 8440—74); древесная зелень, жп вица и соки, добываемые из живых деревьев.
Следующие две группы лесных товаров получают механике химическими способами.
III.	Композиционные древесные материалы. Это листовые, пли i ные или другого вида материалы, образованные с помощью спя зующих, вяжущих и других веществ из предварительно разделен ной на части древесины или коры (фанера, древесно-стружечные, древесно-волокнистые и столярные плиты, арболит и др.).
IV.	Модифицированная древесина. Это цельная древесина сна правленно измененными свойствами. В указанную группу вход! i1 древесина прессованная, пластифицированная аммиаком, мод и фицированная синтетическими смолами и др.
Остальные группы лесных товаров получают путем химическом переработки сырья.
V.	Целлюлоза и бумага. Эта группа объединяет различного вида и назначения целлюлозу, древесную массу, бумагу, картон и др
VI.	Продукция гидролизного и дрожжевого производства. К этап продукции относятся спирт, кормовые и пищевые дрожжи, фур фурол и другие товары, которые получают из низкокачественном древесины и отходов.
VII.	Продукция лесохимических производств. В эту группу вхо дят разнообразные продукты (древесный уголь, скипидар, канн фоль, дубильные экстракты, биологически активные вещества н пр.), которые получают из товаров II группы.
Лесные товары, входящие во II, V, VI и VII группы, уже были кратко рассмотрены в гл. 2. Далее описываются товары из осталв ных групп. Большинство этих товаров стандартизировано.
9.2.	Общие сведения о стандартизации продукции
Согласно принятому в 2002 г. Федеральному закону «О техн и ческом регулировании» обязательные к исполнению требования и отношении продукции, ее производства, эксплуатации, храпе
186
пня, перевозки, реализации и утилизации предусматриваются юхническими регламентами, а требования, исполняемые па добровольной основе, — стандартами.
Разработка технических регламентов направлена на обеспечение безопасности (отсутствие недопустимого риска причинения чреда жизни или здоровью граждан, имуществу, окружающей среде, животным и растениям при производстве и использовании продукции, проведении работ и оказании услуг) и единства измерений.
Стандартизация — это деятельность, направленная на до-сгижение упорядоченности в определенной области, в частно-с ги, в сферах производства и обращения продукции, с целью повышения ее безопасности, конкурентоспособности, обеспечения рационального использования ресурсов, научно-технического процесса, совместимости и взаимозаменяемости продукции, сопо-с гавимости результатов испытаний и измерений. В итоге этой де->i гельности разрабатываются национальные стандарты и стандар-и>| организаций.
Стандарт — это документ, в котором в целях добровольного многократного использования устанавливаются требования к продукции, ее производству и обращению, работам и услугам. Могут быть стандарты на терминологию, символику, упаковку, маркировку или этикетки и правила их нанесения. Например, среди документов, имеющих отношение к продукции, можно указать г гандарт, устанавливающий систему предпочтительных чисел.
В нашей стране приняты четыре основных ряда предпочтитель-пых чисел: R5; RIO; R20; R40. Каждый ряд представляет собой । сометрическую прогрессию, знаменателем которой является со-огветственно Ш = 1,6; Ш = 1,25; W) = 1,12; W « 1,06.
Для примера выпишем предпочтительные числа двух первых рядов.
Ряд R5: 1.00; 1,60; 2,50; 4,00; 6,30; 10,00.
Ряд R10: 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,15; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10,00.
Числа свыше 10 получают умножением членов ряда на 10; 102 н т.д., а числа менее 1 — умножением на 10“’; 10“2 и т.д. Цифра, стоящая рядом с буквой R, обозначает номер ряда и указывает, какое количество членов он содержит. Каждый последующий ряд включает все члены предыдущего ряда.
Работами в области стандартизации в нашей стране руководит Национальный орган РФ по стандартизации (Госстандарт России) через систему технических комитетов (ТК). В состав ТК входят представители федеральных органов исполнительной власти, научных и других заинтересованных организаций и объединений. Разработка национальных с т а н д а р т о в проводится по про-। рамме, утвержденной Госстандартом России. Разработчиком про
187
екта стандарта может быть любое юридическое или физическое лицо. Уведомление о разработке национального стандарта напрап ляется в Госстандарт России и публикуется в информационно и системе общего пользования в электронно-цифровой форме и пс чатном издании федерального органа по техническому регулиро ванию. Разработчик обеспечивает доступность проекта для озна комления всем заинтересованным лицам, дорабатывает проем стандарта с учетом полученных замечаний и проводит публичное I обсуждение проекта. Далее этот документ одновременно с персч нем полученных замечаний и результатами их обсуждения напрап ляется в ТК, который организует экспертизу проекта и готов! и мотивированное предложение об утверждении или отклонении проекта стандарта.
Госстандарт России на основании документов, представлен ных ТК, принимает решение об утверждении национального стан дарта. Уведомление об этом публикуется в печатном издании Фе дерального органа по техническому регулированию и в информа ционной системе общего пользования.
Стандарты организаций (коммерческих, обществен ных, научных, саморегулируемых организаций, объединений юрп дических лиц) разрабатываются и утверждаются ими самостоя тельно.
До 1 июля 2003 г. в нашей стране действовала система стандар тизации, которая предусматривала разработку нормативно-техн н ческих документов следующих категорий: государственных стандар тов СССР и межгосударственных стандартов (ГОСТ), а позднее государственных стандартов Российской Федерации (ГОСТ Р) отраслевых стандартов (ОСТ); стандартов предприятий (СТП) и научно-технических обществ (СТО); технических условий (ТУ) В СССР кроме государственных разрабатывались республиканские стандарты (РСТ). Теперь эти документы имеют рекомендательны ii характер. Они используются в технической [1, 21] и учебной литературе.
Обозначение государственных стандартов включает их индекс (ГОСТ или ГОСТ Р), регистрационный номер и две последние цифры года утверждения стандарта. Так, например, обозначение ГОСТ 99—96 указывает, что межгосударственный стандарт был зарегистрирован под номером 99 и утвержден в 1996 г.
За комплексом однотипных стандартов закрепляется единыii номер с указанием через точку очередного порядкового номер.! стандарта. Например, на методы испытаний древесины имеются ГОСТ 16483.0-78; ГОСТ 16483.1-84; ГОСТ 16483.2-70 и т.д При пересмотре стандарта в его обозначении менялись только две последние цифры.
Для отраслевого стандарта указывалось, кроме того, цифровое обозначение министерства (ведомства). Изменения в стандартах и
188
। < к >бщения об их отмене публиковались в информационном ука-п еле «Государственные стандарты России».
Стандартизация играет большую роль в развитии международною экономического, технического и культурного сотрудниче-1 та. Россия принимает участие в ряде международных организации по стандартизации. Наиболее представительная из них — Международная организация по стандартизации (ИСО), в которую входят более 100 стран. Среди региональных организаций Можно указать на весьма крупную — Европейский комитет по ындартизации (СЕН), включающий около 20 стран и разраба-п.шающий европейские стандарты (ЕН). В литературе встречаются I и ылки на стандарты бывшего Совета экономической взаимопомощи (СТ СЭВ).
Международные стандарты учитываются при разработке нацио-н,г1ьных стандартов и технических регламентов.
Сертификация — это подтверждение соответствия объек-1<и| требованиям технических регламентов, положениям национальных стандартов и стандартов организаций или условиям докторов. Обязательная сертификация проводится, если на объект имеется технический регламент; в остальных случаях осуществляйся добровольная сертификация. Сертификация проводится по инициативе заявителя на основе договора между ним и органом ни сертификации. Этот орган выдает сертификат соответствия на in повании протокола испытаний продукции, проведенных испы-1 цельной лабораторией (центром).
9.3.	Стандартизация лесных товаров
Одним из первых объектов государственной стандартизации, начавшей свое развитие в нашей стране с 1925 г., были лесоматериалы. В 1927 г. был утвержден первый государственный стандарт н । круглые лесоматериалы хвойных пород. В последующие годы i о давались стандарты на отдельные сортименты. С ростом числа i г.1ндартов, содержащих множество норм и требований, возникни трудности в работе лесозаготовительной промышленности. 11оэтому в 1960 г. вместо 35 стандартов были созданы всего лишь два: на круглые лесоматериалы лиственных (ГОСТ 9462 — 60) и хвойных (ГОСТ 9463—60) пород. В них были по возможности унифицированы требования к размерам и другим показателям каче-с 1 на продукции лесозаготовок. В лесотехнической литературе эти < шндарты получили название унифицированных. С некоторыми и (менениями они действуют и в настоящее время.
Почти одновременно со стандартизацией круглых сортиментов п.1чала проводиться стандартизация пилопродукции, а также дру-1ПХ видов лесоматериалов. Следует подчеркнуть большую слож
189
ность работ по стандартизации лесоматериалов, обусловленную специфическими требованиями к ним со стороны широкого кру га потребителей и многообразием сырьевой базы.
Несколько позднее были разработаны стандарты на фанеру. В се редине 1960-х годов начали разрабатываться стандарты на древес но-стружечные плиты.
В настоящее время создан Технический комитет по стандарт и зации «Лесоматериалы», который рассматривает проекты нации нальных стандартов и дает заключение по стандартам органи ia ций на круглые лесоматериалы и пиломатериалы. По состоянию на 2003 г. эти виды продукции обязательной сертификации не подлежат.
В стандартах на круглые, пиленые и другие виды лесоматериа лов находят отражение следующие технические требования к сор тиментам: порода древесины, размеры, допуски и припуски к номинальным размерам, сорта, степень обработки. Кроме того, и стандартах регламентируются правила маркировки, обмера, уче та, приемки и хранения лесоматериалов.
Выбор породы, представляющей собой по существу труп i ю вой показатель качества данного сортимента, зависит от его нм значения, требуемых свойств древесины (прочности, обрабагы ваемости, биостойкости, пропитываемости и др.), запасов дрене сины и др. Например, в качестве сырья для выработки целлюло n.i сульфитным способом используют древесину только малосмолш тых пород ели и пихты; для изготовления карандашной дощечки применяют мягкую древесину кедра, обладающую хорошими «очи ночными» свойствами. Прочную и биостойкую древесину дуба можно было бы применять для выработки очень многих сорт и ментов, однако из-за сравнительно небольших запасов ее исполь зуют преимущественно для изготовления облицовочного матери ала — строганого шпона, паркета и некоторых других видов про дукции.
В стандартах предусмотрены ограничения использования дре весины бука, кедра и других ценных пород, что способствует in экономии.
При установлении размеров сортиментов учитывают их i ia значение, технические и экономические соображения. Например, длина такого вида пилопродукции, как шпалы, должна соотвш ствовать ширине железнодорожной колеи; диаметр и длина руд ничных стоек круглых лесоматериалов, используемых для крепле ния горных выработок, назначаются в соответствии с техниче скими расчетами на прочность и жесткость; дайна круглых сортн ментов, подвергающихся последующему лущению и строганию, зависит от конструктивных особенностей оборудования. Минималг ный диаметр круглых лесоматериалов для выработки пиломатерн алов общего назначения (14 см) установлен из соображений ра
190
। тонального использования сырья и удовлетворения требований юсопильного производства.
С учетом технических возможностей станков и оборудования чля отдельных сортиментов установлены допуски — отклонения от номинальных размеров в сторону их увеличения или уменьшения.
Для круглых сортиментов установлены обязательные прибавки к номинальным размерам — припуски, компенсирующие уменьшение длины при оторцовке и разделке на более короткие сортименты. У пиломатериалов припуски учитывают отличие фактических размеров толщины и ширины от номинальных из-за усушки древесины. Круглые сортименты подразделяют на сорта в 1ависимости от качества, которое определяется толщиной сортимента и наличием пороков древесины. Для пиломатериалов также установлено несколько сортов.
В стандартах на лесоматериалы указаны требования к степе-11 и обработки (круглые лесоматериалы могут быть окорен-пыми и неокоренными, пиломатериалы могут быть обрезными и необрезными и т.д.), даны нормы допускаемых дефектов обработки. Для некоторых сортиментов в стандартах приведены нормы влажности древесины.
Контрольные вопросы
1.	Назовите основные группы лесных товаров.
2.	Что такое сортимент?
3.	Что такое стандартизация?
4.	Что такое сертификация?
5.	Назовите категории нормативно-технической документации на продукцию.
6.	Каков порядок разработки стандартов?
7.	Какая нормативно-техническая документация разрабатывается при международной стандартизации?
8.	Опишите структуру стандартов на лесоматериалы.
Глава 10
КРУГЛЫЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ
10.1	. Общая характеристика хлыстов и круглых лесоматериалов
Ствол поваленного (срубленного) дерева, у которого отделены корни, вершина и сучья, называется хлыстом. Согласно ТУ 13-0273685-403 —89 хлысты подразделяются на три группы в за-
191
висимости от выхода деловой древесины. Нормы выхода делений древесины из хлыстов различных пород:
Группа качества			I	II	III
Выход, %, из древесины пород: хвойных		.„>80	79...50	<50
мягких лиственных		.„>60	59...40	<40
твердых лиственных		.„>70	69...40	<40
Хлысты поставляют в неокоренном виде. В них не допускаю!  ся кривизна более 5 % длины хлыста, ядровая гниль, занима« ющая более 65 % площади нижнего торца (при машинной вал к» деревьев и сухопутной поставке хлыстов эта норма повышаемся до 85 %), и наружная трухлявая гниль. Хлысты учитывают в кубических метрах; объем определяется по длине и толщине хлы ста на расстоянии 1,3 м от нижнего торца с помощью таблиц (поштучно и групповыми методами). Оценка качества хлыстов и партии проводится путем их приемосдаточной раскряжевки (но перечного деления).
Круглые лесоматериалы хвойных и лиственных пород испол). зуются в различных отраслях промышленности, строительстве н сельском хозяйстве, поэтому в ГОСТ 9463 — 88 и ГОСТ 9462 8 в зависимости от назначения различают лесоматериалы для р;в пиловки, лущения, строгания, химической переработки с целые получения целлюлозы и древесной массы, для использования и круглом виде, т.е. без дальнейшей механической обработки.
При разделке хлыстов получают круглые сортименты в ни к бревен, кряжей и балансов. Бревнами называют сортимс!ни предназначенные для использования в круглом виде или в качв стве сырья для выработки пиломатериалов общего назначения Кряжами принято называть сортименты, использующиеся л i выработки специальных видов лесной продукции (шпал, лущен<1 го или строганого шпона, спичек и др.). Сортименты, cootbci ствующие по длине рабочим размерам деревообрабатывающего об<> рудования, называют чураками.
Балансы — это круглые или колотые сортименты, предн.и каченные для переработки на целлюлозу и древесную массу. Д <> я готье представляет собой отрезок хлыста, длина которого kp.ii на длине получаемого сортимента и включает припуск на раздгя ку. В строительстве и сельском хозяйстве используют тонкомер! пя» сортименты диаметром 6...13 см — жерди.
По толшине (диаметру, измеренному на верхнем торце) круч лые лесоматериалы делятся на мелкие (толщиной 6... 13 см), сре я ние (14...24 см) и крупные (26 см и более). Для мелких лесомап риалов установлена градация 1 см, для средних и крупных — 21 м Следовательно, для мелких сортиментов учетная толщина coci.hi ляет 6, 7, 8, 9 см и т.д., для средних и крупных — 14, 16 см и i i
192
Длина лесоматериалов зависит от их назначения и колеблется и широких пределах — от 0,5 (для изготовления лож) до 17 м (мачты судов). Наиболее распространенные длины лесоматериалов находятся в диапазоне 4... 6,5 м. В стандартах часто указывают I не конкретные размеры сортимента по длине, а пределы их возможных изменений и градацию. Для хвойных лесоматериалов дли-I ной 2... 3 м и более градация составляет 0,25 или 0,5 м, для коротких хвойных и ряда лиственных сортиментов — 0,1 м. У сортимен-1ОВ для выработки экспортных пиломатериалов градация равна 0,1 или 0,25 м.
Припуск по длине у лесоматериалов для распиловки, строгания и использования в круглом виде, а также у балансового дол-|отья и спичечных кряжей должен составлять 3...5 см; для лущения (кроме спичечных кряжей) — 2...5 см на каждый чурак, при In ом фактическая длина бревна или кряжа длиной 2 м и более может быть больше номинальной длины вместе с припуском на 5 см. Для балансов в чураках припуск по длине не устанавливается. Допуск по длине балансов ±2 см.
По качеству лесоматериалы делят на три сорта. Качество определяется наличием, размерами и количеством пороков древесины. У хвойных пиломатериалов к нормируемым по ГОСТ 9463 — 88 порокам относятся сучки и пасынок, грибные поражения (гнили и окраски), червоточина, трещины, кривизна, механические повреждения, а также открытая прорость, сухобокость и рак. Основные сортообразующие пороки у хвойных лесоматериалов — сучки, на втором месте — гниль, далее — механические повреждения, которые являются технологическим браком и должны быть । педены к минимуму. Остальные пороки встречаются реже. У ле-। оматериалов 1-го сорта не допускаются табачные сучки, ядровая  ииль и дупло (у мелких и средних сортиментов), заболонная и наружная трухлявая гнили, неглубокая и глубокая червоточины.
У лесоматериалов 2-го сорта не допускаются два порока: забо-понная и наружная трухлявая гниль, у 3-го сорта — только второй норок, а также одновременное наличие заболонной и ядровой гнилей. Остальные пороки допускаются, однако степень их ограничения у лесоматериалов 1-го сорта наибольшая, а у 3-го — наименьшая. Различия в уровне требований к качеству лесоматериа-ион в зависимости от их сорта можно показать на примере ограничений сучков и пасынка (табл. 10.1).
Оценка качества лиственных лесоматериалов проводится в основном по той же номенклатуре пороков, что и у хвойных лесо-ма гериалов. При этом учитывается, что у лиственных пород могут быть специфические пороки (побурение, ложное ядро). Нормы  ребований по сортам приведены в ГОСТ 9462 — 88. Основными । ортообразующими пороками для лиственных лесоматериалов яв-пшотся сучки, гнили и кривизна.
f Уюлев
193
Таблица 10.1
Нормы ограничения сучков и пасынка в круглых лесоматериалах хвойных пород
Порок	1 сорт	2 сорт	3 сорт
Сучки и пасынок:	В мелких лесоматериалах		допускаются
а) все разновидности за исключением	Средние лесоматериалы		
табачных сучков	Допускаются размером, см, не более:		Допускаются
	3	'	8	
	Крупные лесоматериалы		
	Допускаются размером, см, не более:		Допускаются
	5	10	
б) табачные	Не допускаются	Допускаются размером, см, не более	
		2	5
Сучья у лесоматериалов должны быть обрезаны (срублены) вровень с поверхностью неокоренного бревна. Скос пропила до пускается в пределах диапазона припусков по длине. Козырьки, корневые лапы и наросты должны быть отпилены, а визуальные инородные включения — удалены.
10.2	. Технические требования к круглым лесоматериалам
Круглые деловые лесоматериалы различного назначения. Сорти менты, подлежащие распиловке, предназначены в основном для выработки пиломатериалов, заготовок, шпал и др. Для выра ботки большинства видов пиломатериалов могут быть использо ваны круглые неокоренные лесоматериалы как хвойных, так и лиственных пород, однако некоторые виды пиломатериалов, пред назначенных для специальных целей, изготовляются только и i хвойных круглых сортиментов.
Сводка требований к круглым лесоматериалам, предназначен ным для получения пиломатериалов (и частично заготовок), ко торая составлена по ГОСТ 9463—88 и ГОСТ 9462—88, предстап лена в табл. 10.2. Для лесоматериалов (в зависимости от назначс ния) в указанных стандартах устанавливаются некоторые допол нительные требования.
194

ю
СЗ
Н1
Круглые лесоматериалы хвойных и лиственных пород для выработки пиломатериалов
1ИЯ по ie, м лиственные	т‘о «‘0
Градах длин хвойные	сч 1	।	*1 *1 n о 1	О'	1 о о о
оды	лиственные	Все породы2 Дуб, бук, ясень, ильм, клен, граб —
Пор	хвойные	оо —	—	г,	— g	g	<	яЪ	g о	о	ч	я к	о &	о,	«->	.	я s	о. °	О	св	й К о е	к	. а с 8	8	ogggggS и	и	Ойёчй^оа
1 < а	L> а с L> Г С 3	«	А * §	Я з	в s 5	s е s	е S О g 5?	о о | а	X ч Р 5 |s	g ° »М	ё £ S. о £ §	Sgggs	§	£ S g g о °	2	&	c	s	5	я	<-> - Р - 5	£	в>	j	о	g	о	© _Ofc,5s	о,	я	й	_	S	со	ej д с- р о е	о	о	о	g	из	<и	>. 4g^O'->	sr	о	»	Я	св	а	о Ч К со
195
>д
1 о jS
д д о СО О д
 ।
196
Таблица 10.3
Круглые материалы лиственных пород для выработки заготовок различного назначения
Назначение	Порода	Толщина, см	Длина, м	Градация по длине, м
Для выработки: лыж	Береза	16 и более	1,5	—
	Береза, клен,	16 и более	2...2,4	0,10
лож	ильм, бук, ясень, граб Береза, бук	22 и более	0,5; 0,55; 0,65;		
клепки вин-	Дуб	26 и более	0,75; 1,05*; 1,10; 1,20*; 1,30; 1,50*; 1,90*; 2*; 2,1* и кратные им Не менее 0,6	0,10
ных бочек весел	Бук, ясень	18 и более	3 ...5,5	0,10
протезов	Липа	16 и более	Не менее 2	0,10
* Только для березы.
Заготовки для ряда назначений изготовляются только из лесоматериалов лиственных пород 1-го сорта. Требования к данной категории круглых сортиментов приведены в табл. 10.3.
Можно заметить, что для целей, указанных в табл. 10.3, исполь->устся главным образом древесина твердых лиственных пород. Древесина липы для изготовления протезов выбрана из-за ее легкости, хорошей обрабатываемости и малой формоизменяемости.
Требования к круглым лесоматериалам, предназначенным для выработки шпал и переводных брусьев, приведены в табл. 10.4.
В шпальных кряжах предусмотрена возможность некоторых от-I гуплений от сортовых требований. Допускаются открытая прорость, сухобокость, гнили и ряд других пороков при наличии по всей длине кряжа сегмента здоровой древесины высотой 22 см (для широкой колеи) или 14 см (для узкой колеи).
Круглые лесоматериалы, предназначенные для лущения, по-i гавляются в виде кряжей и чураков лиственных и хвойных пород. Основные требования к этим сортиментам указаны в табл. 10.5.
Для изготовления фанеры используется шпон преимущественно из березы, а для спичечной соломки и коробок — из осины. Для фанерного и спичечного кряжей установлены дополнительные к общесортовым требования в отношении качества периферической зоны, подвергаемой лущению. Ограничения касаются
197
s ч
и i ф ч а
2
ч S О А <Ф К
IS
S Еа В g
з
§
Я я
Я
Я я 3

s=
<u
3
Градация по	длине, м	1 1	tn	с (N I СЧ О	о
1 1 t	Е тГ с £ 1	‘ "	trx	СЧ ко	ко i *	. ' 'О п-> * X X - • °°	: 71 ; Н П	 КО ОО СО <-<1	—1	_г „г	
Толщина, см		26 и более 26 и более ЭЛ TI ^Г\ГТГ»Р	ri  \ 26 и более 20 и более
1	лиственные	сп	сп	сп сп <Х ' X	XX	
	хвойные	СП	СП СП	- ~ СП СЧ	СП . «>	СЧ . „ сч	сч г—М	^“4	
	лиственные	Береза -	Береза Береза
§ сх о С	хвойные	Все породы*, кроме кедра Кедр Все породы*, кроме кедра То же »	
	D £ £ D 5 с	S	S о	о §	§	S	§	§S 5	«	в	g	х	“	й КО	’S	§	ко	S	«	3 ев	О	У	«	Й	О	У си	М	86 3	О	JS	3	§	Й	О	в ®	У	&	S	Э	§	2	&	S «	§	§	И	п:	4>	О	S	Й ч е а	>.	ч.ё’й'Э>> 7 Е	« к ю	
Промышленные хвойные породы (сосна, ель, пихта, лиственница).
Для хвойных пород допускается изготовление лесоматериалов, кратных по длине указанным размерам.
198
Таблица 10.5
Круглые лесоматериалы хвойных и лиственных пород для выработки лущеного шпона
Назначение	Породы		Сорт	Толщина, см	Длина, м	Градация по длине, м
	хвойные	лиственные				
Для выработки шпона: общего назначения спичечного	Сосна, лиственница, кедр, ель, пихта	Дуб, клен, ясень, береза, ильм, бук, граб, ольха, осина, тополь, липа Осина, тополь, липа, ольха	1;2 1; 2; 3	16 (18)* и более 18 (20)* и более 16 и более	1,30; 1,60 и кратные им 1,91; 2,23; 2,54 и кратные им Не менее 2	0,1
* Для хвойных пород.
сучков, прорости, трещин, сухобокости, рака, ребристой зако-мелистости, ядровой гнили, кривизны, механических повреждений.
Круглые лесоматериалы, предназначенные для строгания, используют с целью получения строганого шпона для декоративной отделки изделий из древесины, фанеры, древесных плит и т.д.
Породы, из которых заготовляют кряжи, должны иметь древесину с выразительной текстурой и красивым цветом. Поэтому для указанных целей используют преимущественно лиственные породы (дуб, бук, ясень и многие другие), а также некоторые хвойные (лиственницу, сосну, кедр). Лесоматериалы должны быть 1-го или 2-го сорта. Толщина лиственных кряжей должна составлять 24 см и более, а хвойных — 32 см и более. Длина кряжей из лиственных пород должна быть не менее 1,5 м, а из хвойных — не менее 2,5 м. Градация по длине во всех случаях составляет 0,1 м. Кряжи поставляются в неокоренном виде.
Круглые лесоматериалы (балансы), предназначенные для получения целлюлозы и древесной массы, заготавливают преимущественно из хвойных (главным образом ели), а также из лиственных пород. Требования к хвойным балансам указаны в табл. 10.6.
Ниже приводятся основные требования к балансам из древесины лиственных пород.
199
Таблица 10i>
Круглые лесоматериалы (балансы) хвойных пород для выработки целлюлозы и древесной массы
Назначение	Порода древесины	Сорт	Толщина, см	Длина, м
Для выработки: целлюлозы на хими-	Ель, пихта,	1; 2	12 ...24	1,2; 1,5; 2,0
ческую переработку сульфитной, бисуль-	сосна, лиственница Ель, пихта	1; 2; 3	6 ... 16	и кратные им 0,75; 1; 1,1;
фитной целлюлозы белой древесной	Ель, пихта	2; 3	10... 16	1,2; 1,25; 2 и кратные им 1; 1Д; 1,2;
массы целлюлозы для элект-	Ель, пихта,	1;2; 3	12 ...24	1,5; 2 и кратные им 0,75; 1; 1,1,
роизоляционных видов бумаги и картона сульфатной целлюло-	сосна Сосна, ель,	1; 2; 3	6...24	1,2; 1,25 и кратные им 0,75; 1; 1,1,
зы, бисульфитной полуцеллюлозы и древесной массы	пихта, лиственница, кедр			1,2; 1,25 и кратные им
Для получения целлюлозы, предназначенной на химическую переработку, используют березу, осину и тополь, а для белой древесной массы — только тополь и осину. В обоих случаях балап сы должны быть 1-го сорта толщиной 10...24 см, длиной 1,2; 1,5. 2 м и кратные им.
Для выработки сульфитной и бисульфитной целлюлозы исполь зуют березу, осину, тополь, ольху; балансы 1-го и 2-го сорiон толщиной 6... 18 см, длиной 0,75; 1; 1,1; 1,2; 1,25 м и кратные им Для получения сульфатной беленой целлюлозы используют тс же породы; балансы 1-го и 2-го сортов толщиной 6...24 см и 3 ю сорта толщиной 6...40 см, той же длины. Для выработки сульфа i ной небеленой целлюлозы, натронной, бисульфитной и нейтрал!, но-сульфитной полуцеллюлозы применяют балансы из всех ио род (размеры по толщине и длине те же).
Кроме того, согласно техническим условиям, разработанным ЦНИИМЭ (ТУ13-0273685-402 —89), предусмотрена возможное!), заготовки балансов 4-го сорта из древесины хвойных и листвен ных пород пониженного качества. В балансах не допускаются o6yi ленная древесина и наружная трухлявая гниль. В то же время ба лансы мотут иметь трещины, механические повреждения и нс к о торые другие пороки.
200
Некоторые лесоматериалы применяют в промышленности, строительстве и сельском хозяйстве в круглом виде. Для этой цели используют древесину хвойных пород. Назначение сортиментов и основные требования к ним приведены в табл. 10.7. В дополни-юльных требованиях отмечено, что не допускаются гнили и табачные сучки, указаны ограничения для некоторых других пороков.
Из всех лиственных лесоматериалов 2-го сорта изготовляют строительные бревна толщиной 12...24 см и подтоварник толщиной 8... 11 см (первые длиной 4,0... 6,5 м с градацией 0,5 м, второй — длиной не менее 3 м с градацией 0,25 м). В строительных бревнах и подтоварнике из лиственных пород не допускаются табачные сучки и грибные поражения. Среди лесоматериалов, используемых в
Таблица 10.7
Лесоматериалы хвойных пород для использования в круглом виде
Назначение	Порода древесины	Сорт	Толщина, см	Длина, м	Градация подлине, м
Для мачт судов и радио	Сосна, ель, лиственница, кедр, пихта*	1;2	По особому заказу		
Для свай, гидротехнических сооружений и элементов мостов	То же	2	22... 34	6,5 ...8,5	
Для опор линий связи, автоблокировки и линий электропередачи напряжением ниже 35 кВ	Сосна, лиственница, ель, пихта	1;2	16 ...22	4,5; 6,5; 7,5; 8,5; 9,5; 11; 13	
Для опор линий эле ктропередачи напряжением 35 кВ и выше	Сосна, лиственница	1;2	По особому заказу		
Для строительства	Сосна, лиственница, ель, пихта	1; 2	14 ... 24	З...6,5	0,5
Для шпалер хмельников	То же	1;2	13 ...20	7,5 ...9,5	1
Для вспомогательных и временных построек различного назначения (подтоварник)	Сосна, лиственница, ель, пихта, кедр	2	6 ... 13	3... 6,5	0,5
Для разделки на рудничную стойку	То же	1; 2	7 ...24	4... 6,5	0,5
* Пихта кавказская и европейская.
201
круглом виде, есть несколько сортиментов (рудничная стой к.i. колья для снеговых щитов, жерди и т.д.), требования к которым устанавливаются не унифицированными стандартами, а отдель ными государственными или отраслевыми стандартами.
Наибольшее значение из указанных сортиментов имеет рул ничная стойка, на изготовление которой ежегодно расходу ется очень большое количество древесины. Рудничная стойка, прел назначенная для крепления подземных горных выработок, исполь зуется в каменноугольной, сланцедобывающей и горнорудной промышленности. Стойки изготовляются из древесины сосны, ели, лиственницы, кедра и в ограниченных количествах из пихты. Цен ным качеством древесины сосны и ели является способность при усилении давления на крепь издавать предупреждающий треск Длина рудничных стоек должна соответствовать мощности пласт ап шахтах. Сечение (диаметр) стоек должно обеспечивать необходн мое сопротивление крепи действующим нагрузкам. В ГОСТ 616—ЯI установлены длины и диаметры (толщины) стоек для всей ка менноугольной промышленности, а также для основных уголь ных и сланцедобывающих бассейнов. Длина стоек колеблется и широких пределах — от 0,5 до 6 м, причем от 0,5 до 3 м градация равна 0,1 м, а далее интервалы становятся больше. Диаметр верх него торца находится в пределах от 7 до 24 см. Стойки одинаковой длины могут быть нескольких диаметров.
Длины рудничной стойки для горнорудной промышленное гн находятся в диапазоне 1,5.„6,5 м, а диаметры — в пределах от 1 до 32 см, причем диаметр свыше 24 см имеют стойки длиной 3 м и более.
Предельное отклонение от номинальных размеров длины сто ек составляет ±2 см. В рудничных стойках не допускаются гнили и табачные сучки, с ограничениями допускаются грибные ядровые пятна и полосы, червоточина, трещины, кривизна и механичс ские повреждения.
Определенная часть круглых лесоматериалов направляется на экспорт. Экспортируют пиловочные бревна преимуществен но из древесины хвойных пород (сосны, ели, пихты, лиственницы н кедра). Размеры бревен по толщине 14 см и выше с градацией 2 см, по длине от 4 до 7 м с градацией 0,25 м, а также 3,8; 7,6 и 8 м, припуск по длине 5... 10 см. В зависимости от качества древесины заготовляют лесоматериалы трех сортов. Нормы допускаемых по роков и другие требования к хвойным пиловочным бревнам изло жены в ГОСТ 22298 — 76 Э. В небольшом количестве экспортиру ются пиловочные бревна лиственных пород. В отличие от хвойных длина их от 3 до 6,5 м. Для заготовки используется древесина тех же пород, что и для российского рынка. В зависимости от качества древесины устанавливают 1-й и 2-й сорта. Остальные требования к этим сортиментам приведены в ГОСТ 22299—76 Э.
202
Таблица 10.8
Размеры дровяного сырья для технологических нужд
Назначение	Толщина, см, не менее	Длина, м		Градация по длине, м
Для гидролиза и древесно-иолокнистых плит	4	0,5.	.6,5	од
Для древесно-стружечных и цементно-стружечных плит, фибролитовых плит на 11 ортландце менте	4	1 .	..6	1
Для стружки, арболитовых плит, изделий хозяйственного назначения и др.	6	0,5..	. 6,5	од
Кроме того, экспортируются балансы из древесины хвойных и лиственных пород. Толщина балансов от 6 до 24 см, длина 1... 6,5 м. Ьолее детально требования к балансам, поставляемым на экспорт, изложены в ГОСТ 22296 — 89 Э. На экспорт идут также пропсы — рудничные стойки. Они заготовляются преимущественно из древесины ели и сосны. Требования к качеству древесины регламентированы ГОСТ 22297 — 76 Э.
Технологическое сырье. К круглым лесоматериалам относится также технологическое сырье для ряда производств, заготовляемое из низкокачественной древесины. Дровяная древесина для технологических нужд (ТУ 0273685-404—89) предназначена для использования при производстве древесных плит, гидролизе и для других целей. Размеры дровяной древесины в зависимости от ее назначения указаны в табл. 10.8.
Предельное отклонение от номинальной длины составляет 0... +0,1 м. Качество древесного сырья весьма низкое. Допускаются все пороки за исключением наружной гнили и обугленности (для производства древесных плит); снижены требования к ограничению допуска ядровой гнили и дупла. Соотношение поставляемой древесины по размерам и группам пород (хвойные и лиственные) устанавливается в договоре между потребителем и поставщиком.
10.3	. Методы измерения размеров и объема круглых лесоматериалов, контроль качества, приемка, маркировка
В соответствии с ГОСТ 2292 — 88 толщину круглых лесоматериалов (бревен) определяют как среднее значение результатов измерений двух взаимно-перпендекулярных диаметров в верхнем торце.
203
У деловых сортиментов толщину определяют без коры, у дрон с корой. Если партия состоит из более чем 100 шт., допускаек и измерять лишь один диаметр (у всех бревен в одном направлен ни) У лесоматериалов толщиной до 18 см можно измерять один дна метр в горизонтальном направлении. Диаметр измеряют в долях сантиметра по прямой линии, проходящей через геометрически!) центр торца бревна. Измеренную толщину округляют обычным способом до ближайшей номинальной, указанной в стандартах
Длину измеряют по наименьшему расстоянию между торцами с округлением до 1 см. Припуски и допуски по длине при опрсдс I лении объема не учитывают. Объем деловых сортиментов и дрона ного долготья устанавливают по толщине и длине лесоматериала, используя приведенные в ГОСТ 2708 — 75 таблицы. При нарушс нии градации длины (включая минимальный припуск) для онрс деления объема используют ближайшую наименьшую длину нс соматериала из соответствующих стандартов.
Объем коротких сортиментов длиной до 2 м, за исключением тех, которые по ГОСТ 2708 — 75 подлежат маркировке, и дрона ного долготья длиной до 3 м определяют в так называемой скал дочной мере. Складочная мера характеризует габаритны!! объем штабеля лесоматериалов, который определяется умноже нием его ширины на высоту и длину. Ширину штабеля принима ют равной номинальной длине уложенных лесоматериалов; выс<> ту определяют как среднее арифметическое измерений несколь ких высот через каждый 1 м длины штабеля. Полученные значе ния высоты и длины штабеля округляют до 0,01 м. Длину клеток, уложенных по краям штабеля для его укрепления, принимаю) равной 0,8 их фактической протяженности.
При укладке деловых сортиментов, имеющих влажность свыше 25 %, высота штабеля должна иметь не учитываемую при исчш лении объема надбавку на усушку и усадку в размере 2 % от выс и ты штабеля.
Для перевода в плотную меру габаритный объем штабе нм сортиментов (складочную меру) умножают на коэффициент поа нодревесности.
В 2001 г. Центр «Лесэксперт» ОАО «ЦНИИМЭ» (А.К. Курицын) разработал рекомендации РД13-2001—00 «Лесоматериалы Kpyi лые. Методы измерения размеров объема. Контроль качества. При емка», учитывающие условия рыночной экономики. Одна из ы дач нового стандарта состоит в том, чтобы уменьшить погрешив сти определения объема по таблицам ГОСТ 2708 — 75 (они, на пример, занижают на 3... 11 % объем сбежистых хвойных бревен из таежной зоны России). Рекомендательный характер разраб»» тайного нормативного документа предусматривает возможное и. выбора того или иного метода продавцом и (или) покупателем согласно договору. Поэтому этот документ отличается многоварн
204
штностыо методов. Для измерения длины и диаметра бревен можно использовать ручные и автоматические устройства. Длину бревен и гмеряют как расстояние между визуально параллельными плоскостями, включающими полные сечения бревна. Диаметр бревна и <меряют как расстояние между двумя параллельными прямыми (губками штангенциркуля или лесной вилки, лучами оптико-элек-।ровного устройства и др.), касающимися боковой поверхности бревна. При измерении диаметра бревна линейкой (рулеткой) на его торце параллельность прямых определяют визуально. Договор может предусматривать измерение срединного диаметра dc (на середине длины бревна), верхнего диаметра d (на меньшем, верхнем торце), нижнего Ь (на большем, нижнем торце), диаметра на определенном расстоянии от нижнего торца (обычно для опор), диаметров на середине длины секций — равных участков по длине бревна (длина секций зависит от конструкции автоматической и 1мерительной системы). Согласно договору можно проводить и 1мерения бревен в партии в одном постоянном направлении или и двух взаимно-перпендикулярных (для каждого бревна) направлениях.
Для определения объема бревна при автоматической регистрации результатов измерений значения диаметра округляют до 0,1 см. При ручной регистрации результаты округляют до ближайшего целого значения в сантиметрах, отбрасывая доли менее 0,5 см и увеличивая до 1 см доли, равные 0,5 см и более. Согласно договору можно округлять значения диаметра до ближайшего четного тачения в сантиметрах, отбрасывая или увеличивая до 1 см дробную часть, если целая часть соответственно четная или нечетная. Ге же правила округления применяют при вычислении среднего арифметического значения диаметра по результатам двух измерений.
Поштучные методы измерения объема бревен. Эти методы учитывают сбег каждого бревна. По распространенному методу срединного сечения (метод Губера) в качестве модели для определения объема принят цилиндр с диаметром, равным диаметру бревна на середине его длины L. Объем вычисляют по формуле
V = 3,14164? £	(101)
Секционный метод, предусматривающий суммирование объемов цилиндров (секций), используют при автоматическом измерении диаметров в нескольких местах по длине бревна. Длина секций должна быть не более 0,2 м. Оба метода требуют раскатки бревен в один ряд.
Можно, согласно договору, установить объем без определения сбега каждого бревна. Тогда применяют метод верхнего диаметра и среднего сбега для партии бревен. В РД 13-2001 — 00
205
приведены таблицы для определения объема бревна по его верх нему диаметру и длине при нормальном сбеге s= 1,0 см/м. Если по договору необходимо выборочное определение среднего сбега, то у каждого бревна выборки (не менее 500 случайно отобранных бревен) измеряют верхний d и срединный dc диаметры, а также длину бревна L и вычисляют сбег по формуле
2(cL - d)
—-	(Ю.2)
Затем определяют средний сбег бревен 5 как среднее арифме тическое значение результатов измерений сбега $ каждого бревна выборки. Средний сбег зависит от породы, условий произраста ния, расположения бревен по длине ствола и находится в предс лах от 0,5 до 1,4 см/м.
Объем бревна, м3, вычисляют по формуле
„ 3,14161 (, с£?	z/4,
4-10000^+ 5 2 J '	(10"|
Результат вычисления объема отдельного бревна округляют до 0,001 м3, а партии бревен — до 0,01 м3. Если бревна имеют кору, а необходимо определить объем без коры, то диаметры измеряю! на торцах до границы между древесиной и корой или стесываю i кору в местах измерения диаметра. Можно уменьшить диаметр, измеренный с корой, на расчетную двойную толщину коры. Это! показатель находят из эмпирической зависимости, полученной для каждой породы и района заготовки на основании результат»!) выборочных измерений диаметров с корой и без коры. Измерения толщины коры могут проводиться одновременно с измерениями сбега. Наконец, можно исключить объем коры путем умножения объема с корой на поправочный коэффициент, определенный предварительно по результатам выборочных измерений соответ ствующих диаметров бревен. Этот коэффициент составляв! 0,75—0,95; он зависит от тех же факторов, что и сбег.
Групповые методы измерения объема бревен. Штабельнып метод применяется для совокупности бревен, уложенных без их перекрещивания на земле, а также в вагоне, автомобиле, трюме, на палубе судна, в кармане-накопителе. Складочный объем штабеля определяют, используя правило «полного ящика». Условные вертикальные и горизонтальные стенки «ящика» располагают так, чтобы бревна или их части, выступающие за стенки «ящика», могли бы визуально разместиться в пустотах внутри «ящика» между ею стенками и остальными бревнами штабеля. Следовательно, вме сто определения объема штабеля неправильной формы измеряют равный ему объем прямоугольного параллелепипеда. Штабель дли ной 3 м и более делят вертикальными линиями на равные секции (длиной не более 3 м). Измеряют высоту каждой секции по верти
206
калькой стенке «полного ящика» и находят высоту штабеля как i реднее арифметическое значение высот всех секций. Для определения объема бревен в штабеле в плотной мере складочный объем, т.е. произведение его длины, ширины и высоты умножают н.1 коэффициент полнодревесности. Этот показатель находят пред-парительно по измерениям выборки бревен из штабеля. Коэффициент полнодревесности может быть в пределах от 0,4 до 0,7; он мвисит от породы, диаметра, длины и кривизны бревен, толщины коры, качества обрезки сучьев, плотности укладки и других факторов.
Весовой метод применяют для вагонных, судовых или автомобильных партий бревен. Взвешиванием полной партии или нсех составляющих ее штабелей, пакетов, грейферных пачек определяют массу бревен как разницу между массой брутто и массой тары (вагона, грейфера и т.д.). Массу бревен, перевозимых на судах, допускается измерять по осадке судна. Объем бревен в партии вычисляют делением массы на размерный коэффициент плотности. Если измеряют массу бревен с корой, а их объем без коры, этот коэффициент не совпадает со значением плотности. Коэффициент плотности предварительно определяют по выборке из партии как отношение массы бревен данной выборки к их объему. Значение его может быть в пределах от 0,45 до 1,2 т/м3; оно зависит от породы, т.е. плотности абсолютно сухой древесины, влажности бревен и массы их коры.
Гидростатический метод используют для измерения объема пакета бревен. Этот метод основан на законе Архимеда. Вначале взвешивают тару (например, грейфер) в воздухе и в воде. Затем пакет бревен с захватом взвешивают до и после погружения в воду. Разница в показаниях весов равна выталкивающей силе (весу вытесненной пакетом воды). Вычитая из нее величину выталкивающей силы, приходящейся на тару, и принимая плотность воды 1,0 т/м3, получают объем бревен в пакете.
Счетный метод основан на предварительном определении (по выборке) среднего объема бревна или пакета и подсчета их количества в партии. Наименьшая выборка должна включать 50 бревен или 10 пакетов.
Контроль качества. Рекомендации РД-2001—00 предусматривают осмотр штабеля (пакета) бревен без его разборки или поштучный контроль качества бревен партии. Если при осмотре штабеля обнаруживается превышение согласованного уровня критических дефектов (недопускаемых пород, размеров, пороков, загрязнений бревен), нарушающее требования договора, то партия бракуется. Принятое решение о поштучном контроле качества реализуется одним из предусмотренных рекомендациями способов. При этом бревна располагают так, чтобы можно было осуществить их осмотр и измерение пороков на торцах и боковой поверхности.
207
Возможен контроль качества по 50 (но не менее) случайно сип бранным бревнам. В договоре устанавливаются размерно-качества i ные группы годных бревен с различной ценой, а также группы дефектных бревен с различной скидкой цены. Погрешность дну х независимых измерений объема и контроля качества признаеч < и удовлетворительной, если разница стоимостей партии, определенных по этим измерениям, не превышает ±5 %. Влажность древесины при всех измерениях должна быть 30 % и более. Если брев на имеют меньшую влажность, то в договоре устанавливают метод учета усушки древесины.
Приемка. Согласно РД-2001—00 возможна приемка по резуль татам измерения объема и контроля качества, выполненных пре> давцом, покупателем или независимой организацией. В случае pa i ногласий между указанными сторонами применяют арбитражный метод, который заключается в следующем. Объем бревен измеря ют без коры. Измеренную длину их округляют в меньшую сторону до ближайшей учетной длины с градацией 0,25 м. Верхний дна метр бревен измеряют в одном направлении для всей партии и округляют до четного значения в сантиметрах. При объеме по ставки до 100 м3 проводят поштучные измерения. Объем брони и измеряют методом верхнего диаметра и нормального сбега. При объеме поставки свыше 100 м3 измеряют объем бревна по случай ной выборке из партии, составляющей не менее 10 % от ее облиго объема. При сплошном или выборочном контроле качества б]н-вен должны быть обеспечены их осмотр и измерение пороков па обоих торцах и с трех сторон (сверху или снизу и с обоих боков) по всей длине бревна.
Маркировка. Согласно ГОСТ 2292—88 поштучной маркировке подлежат круглые деловые лесоматериалы толщиной 14 см и Сч> лее. Короткие сортименты длиной до 2 м, за некоторым исключг нием (фанерные, резонансные кряжи и др.), не маркируют. Мар ку наносят краской на верхние торцы сортиментов. Она содерж и i обозначение сорта (римская или арабская цифра) и диаметра (ар.ю ская цифра, совпадающая с последней цифрой размера). Напри мер, цифра 2 может означать диаметр 22 см, 32 см и т.д.
В 1998 г. Центр «Лесэксперт» (А. К. Курицын) разработал одобрен ные Министерством экономики РФ рекомендации РД 13-2-4—98 «Маркировка круглых лесоматериалов и пиломатериалов». В этом документе изложены современные требования к маркировке Фирменная маркировка содержит обозначение изготовителя. торговой фирмы или экспертной организации и свидетельствуе i о соответствии лесоматериалов требованиям контракта. Для этого используется официально зарегистрированный товарный знак или клеймо (метка) произвольной формы. Учетная маркировка вы полняется нанесением на торец бревна марки, которая согласно договору обычно содержит обозначение породы, сорта, диамел
208
ра, длины. Применяется также номерная учетная маркировка оревен цифрами или штриховым кодом; при этом в сопроводительной документации должны содержаться сведения о партии промаркированных лесоматериалов. В рекомендациях РД 13-2-4—98 подробно изложены: возможные способы поштучной и групповой маркировки; процедура учета лесоматериалов, включающая составление протоколов измерений, актов приемки, ведомостей, отгрузочных спецификаций; сведения о технических средствах для измерений, маркировки, регистрации, обработки и передачи ре->ультатов измерений и другие материалы.
При осуществлении государственного контроля экспорта лесоматериалов используются коды товарной номенклатуры внешнеэкономической деятельности (TH ВЭД). Согласно этому документу разные виды круглых лесоматериалов и пилопродукции имеют соответствующие цифровые обозначения. Сведения о терминологии, измерениях и классификации лесоматериалов по европейским стандартам содержатся в справочнике [5].
Контрольные вопросы
1.	Что такое хлысты и как они различаются по качеству?
2.	Каковы диапазон изменения длин круглых сортиментов и припуски?
3.	Назовите основные характеристики пиловочных бревен (пиловочника).
4.	Каким требованиям должны отвечать шпальные кряжи?
5.	Назовите разновидности кряжей для выработки лущеного шпона.
6.	Что такое балансы и каким требованиям они должны удовлетворять?
7.	Назовите сорта и основные пороки круглых лесоматериалов, используемых в круглом виде.
8.	Что такое рудничная стойка?
9.	Назовите поштучные и групповые методы измерения объема лесоматериалов.
Глава 11
ПИЛОПРОДУКЦИЯ
Различают три вида пиленой продукции, которые по возрастающей степени готовности к дальнейшему использованию в изделиях и сооружениях располагаются в следующем порядке: пиленые материалы (пиломатериалы), пиленые заготовки и пиленые детали.
Пиломатериалы получают путем раскроя бревен, заготовки вырабатывают из пиломатериалов, а детали — из заготовок или непосредственно из круглых лесоматериалов.
X Уголев
209
Пиленые заготовки отличаются от пиломатериалов тем, что по размерам и качеству соответствуют будущим конкретным деталям с припусками на усушку и механическую обработку. Пиленые де тали в отличие от заготовок не требуют дальнейшей механичес кой обработки.
11.1.	Пиломатериалы
В зависимости от области применения различают пиломатери алы для российского рынка и пиломатериалы, поставляемые па экспорт. Пиломатериалы для российского рынка делятся на пило материалы общего назначения и специальные (авиационные, ре зонансные).
Технические условия на пиломатериалы общего назначения, которые изготовляются из древесины хвойных и лиственных пород, регламентированы ГОСТ 8486—86 (а также ГОСТ 24454—80) и ГОСТ 2695 — 83. Преимущественно выпускают хвойные пилома териалы.
По форме и размерам поперечного сечения пиломатериалы делят на доски — если ширина вдвое больше толщины (ри< 11.1, г, д, е, ж), бруски — если ширина меньше двойной тол щины (рис. 11.1, з) и брусья (у хвойных пиломатериалов) если ширина и толщина более 100 мм. По числу пропиленных сторон брусья могут быть двухкантными (рис. 11.1, а), трехкантны ми (рис. 11.1, б) и четырехкантными (рис. 11.1, в).
В пиломатериалах продольную широкую сторону называют плас-тью, узкую — кромкой, а линию пересечения пласти и кромки ребром.
По современной терминологии (ГОСТ 18288 — 87) пласть пи ломатериала, обращенная к периферии бревна, называется на ружной (старое название — лицевая), а к сердцевине бревна внутренней.
У необрезных пиломатериалов (см. рис. 11.1, г) пласти пропи лены, а кромки не пропилены. У обрезных пиломатериалов про пилены все четыре стороны или на кромках в допустимых размерах сохранилась часть поверхности бревна — обзол. Как указывалось в п. 6.6, обзол может быть тупым (см. рис. 11.1, ё) или остры м (см. рис. 11.1, ж). Кроме того, пиломатериалы делятся на разновидности по направлению годичных слоев на торцах и месту выпиловки из бревна [19].
Согласно ГОСТ 24454—80 вырабатывают хвойные пиломатериалы 16 размеров по толщине. Доски могут быть толщиной 16, 19, 22, 25 и 32 мм, доски и бруски — 40, 44, 50, 60, 75, 100 мм, брусья — 120, 150, 175, 200 и 250 мм. У лиственных пиломатериалов стандартизовано 12 толщин: в диапазоне 19...40 мм как у
210
а	б	в
г	де
Рис. 11.1. Виды пилопродукции:
а — двухкантный брус; б — трехкантный брус; в — четырехкантный брус; г — необрезная доска; д — чистобрезная доска; е — обрезная доска с тупым обзолом; ж — обрезная доска с острым обзолом; з — брусок; и — горбыльный обапол; к — дощатый обапол; л — необрезная шпала; м — обрезная шпала
хвойных, затем 45, 50 мм и далее до 100 мм с градацией 10 мм. Пиломатериалы толщиной до 32 мм включительно называют тонкими, а больших размеров — толстыми.
Ширина обрезных хвойных пиломатериалов находится в диапазоне 75...275 мм. Из различных сочетаний толщины и ширины пиломатериалов образуется так называемая размерная сетка, включающая стандартизованные сечения пиломатериалов. Всего таких сечений 106, из них 72 для досок, 15 для брусков и 19 для брусьев. Кроме того, для экспорта, платформ грузовых автомобилей, брусьев нефтяных вышек и мостовых брусьев стандартизовано еще 17 сечений. Для автомобиле- и вагоностроения пиломатериалы изготовляются шириной ПО и 130 мм.
У хвойных необрезных пиломатериалов ширина узкой пласти должна быть: не менее 50 или 60 мм при толщине от 16 до 50 и от
211
60 до 100 мм соответственно; не менее 0,6 толщины у брусьев толщиной от 125 до 300 мм. Такие же требования к ширине обрс i ных пиломатериалов с непараллельными кромками, только у бру сьев ширина в узком конце должна быть не менее 0,7 толщины
У лиственных обрезных пиломатериалов ширина может бы и. от 60 до 110 мм с градацией 10 мм, а также 130, 150, 180 и 200 мм Необрезные и односторонне обрезные лиственные пиломатериа лы имеют ширину 50 мм и более с градацией 10 мм. Ширина узкой пласти в необрезных пиломатериалах должна быть не менее 40 мм.
Ширину необрезных и односторонне обрезных пиломатериа лов определяют как полусумму шириндаух пластей, измеренных посередине длины сортимента, округляя результат до 10 мм. Но минальные размеры пиломатериалов по толщине и ширине даны для древесины влажностью 20 %. При влажности более или менее 20 % фактические размеры должны быть установлены с учетом величины усушки (усадки) согласно ГОСТ 6782.1 — 75 (для хвои ных пород) и ГОСТ 6782.2—75 (для лиственных пород).
Пиломатериалы хвойных пород изготовляют длиной от 1 до 6,5 м с градацией 0,25 м; для тары — длиной не менее 0,5 м с градацнен 0,1 м, а для экспорта — длиной от 0,9 до 6,3 м с градацией 0,3 м Среди лиственных пиломатериалов можно выделить короткие (дли ной от 0,5 до 0,9 м); средние (от 1 до 1,9 м) и длинные (от 2 до 6,5 м) Короткие, средние и длинные пиломатериалы из древесины твер дых лиственных пород изготовляют с градацией 0,1 м; из древесп ны мягких лиственных пород и березы короткие и средние пило материалы изготовляют с градацией 0,1 м, а длинные — 0,25 м Предельные отклонения, мм, от установленных размеров пило материалов не должны превышать по длине +50 и -25; по толщи не для тонких ±1, а для толстых ±2 (у хвойных брусьев ±3); но ширине обрезных ±2 или ±3, если ширина пиломатериалов cooi ветственно меньше или больше 100 мм.
В зависимости от качества древесины для досок и брусков н i хвойных пород установлено пять сортов: отборный (О), 1-й, 2-ii 3-й, 4-й; для брусьев — четыре сорта (нет отборного). Для лисч венных пиломатериалов установлено три сорта: 1-й, 2-й и 3-й.
В условном обозначении пиломатериала указывают его вид, copi породу, сечение (для необрезного — только толщину), стандар!. например, «Доска — 2 — сосна — 32x100 — ГОСТ 8486—86».
Основным сортообразующим пороком в пиломатериалах явля ются сучки. В зависимости от сорта установлены различные нормы допуска сучков. Так, здоровые сросшиеся сучки у хвойных пило материалов шириной более 100 мм отборного сорта допускаются размером не более 20 мм в количестве не более 2 шт. на каждом метровом участке длины; у пиломатериалов 1-го сорта — размером не более 1/4 ширины пласти в количестве не более 3 шт., 2-ю
212
сорта — не более 4 шт. размером не свыше 1/3 ширины пласти; 3-го сорта — не более 4 шт., но размер их может достигать 1/2 ширины пласти; у пиломатериалов 4-го сорта эти сучки допускаются без ограничения.
Кроме сучков на сортность пиломатериалов оказывают влияние трещины, пороки строения древесины, грибные поражения, повреждения насекомыми, покоробленности, дефекты обработки. Нормы допускаемых пороков указаны в ГОСТ 8466 — 86 и ГОСТ 2695—83.
К пиломатериалам, предназначенным для обшивки судов, настила палуб, предъявляются дополнительные требования (в отношении содержания ядра и заболони, расположения годичных слоев и т.д.).
Весьма перспективно производство конструкционных пиломатериалов с контролируемыми прочностью и жесткостью. Согласно ТУ 13-722 — 83 «Доски конструкционные» эти пиломатериалы должны изготовляться из древесины сосны, ели, пихты, лиственницы, березы и осины. Размеры досок должны соответствовать требованиям ГОСТ 24454—80. Доски выпускают двух сортов: К24 и К19. Число, входящее в обозначение сорта, соответствует значению (в МПа) нормативного сопротивления изгибу при нагружении на кромку. Кроме того, для обоих сортов установлены нормативные сопротивления изгибу на пласть, продольному сжатию, растяжению и скалыванию, а также нормативный модуль упругости при влажности (12 ±8) %. Для досок, используемых в строительстве, допускается нормировать (в зависимости от особенностей конструкции) любой из перечисленных показателей, а для досок, применяемых в автомобиле- и вагоностроении, — только сопротивление изгибу при нагружении на пласть.
Нормативные показатели должны быть обеспечены сплошным визуальным или измерительным контролем досок. Визуальный контроль основан на определении в худшем участке доски дли-(юй, равной двойной ширине доски, относительных совокупных размеров ZK сучков прикромочной зоны (0,25 ширины доски) и Zn сучков, выходящих на обе пласти. В ТУ приведены допустимые значения ZK и Zn для обоих сортов досок из древесины сосны и ели разных регионов произрастания.
Измерительный контроль предполагает использование неразрушающего метода, рассмотренного в гл. 5. Сортирующую машину, которая измеряет усилие реакции или прогиб, настраивают, используя приведенные в ТУ нормы модуля упругости, обеспечивающие требуемые показатели сопротивления изгибу, сжатию, растяжению. При отсутствии таких норм границы регулирования показателей жесткости определяют, применяя согласно ГОСТ 21554.3 — 82 уравнения регрессии между пределом прочности и модулем упругости.
213
В целях повышения точности сортировки можно применять комбинированный измерительно-визуальный метод контроля. В указанном ТУ приведены также нормы допуска отклонений формы и шероховатости поверхности, а также пороков (гнилей, червоточин, трещин, проростей), характеризующих состояние древесины. Влажность конструкционных досок должна быть не более 22 %.
Правила приемки, контроля, маркировки и транспортирования пиломатериалов изложены в ГОСТ 6564—84. Объем каждой штуки пиломатериала определяют по номинальным значениям длины, ширины и толщины, не учитывая пропуски на усушку и допускаемые отклонения размеров. Для определения объемов используют таблицы, приведенные в ГОСТ 5306 — 83.
Правила атмосферной сушки и хранения пиломатериалов хвойных и твердых лиственных пород установлены ГОСТ 3808.1 — 80 и ГОСТ 7319 — 80; методы поверхностной антисептической обработки пиломатериалов хвойных пород с целые защиты их от синевы и плесени регламентируются ГОСТ 10950—78.
Обычно пиломатериалы транспортируют в ггакетах. В пакет укладывают пиломатериалы одной породы, толщины, сорта и не более четырех смежных длин (для экспортных пиломатериалов — одной длины). Пакеты состоят из стоп, отделенных прокладками. Такие пакеты входят в состав более крупных складочных, грузовых и транспортных единиц — блок-пакетов. Размеры пакетов и блок-пакетов установлены ГОСТ 16369 — 88, 3 правила их формирования, упаковки, маркировки, транспортирования и хранения - ГОСТ 19041-85.
Авиационные пиломатериалы получают из кряжей хвойных пород. Они предназначены для выработки заготовок и деталей, применяемых в самолето- и вертолетостроении, ггроизводстве авиационных винтов и лыж. В настоящее время по прямому назначению указанные пиломатериалы используются редко.
Из кряжей, древесина которых обладает высокими удельными характеристиками прочности, выпиливают доски! и бруски. Эти пиломатериалы должны удовлетворять требования м ГОСТ 968 — 68.
Обапол — это крайняя часть бревна, остающаяся при выпиловке досок, прирезанная по длине и предназначенная для крепления горных выработок. Обапол может быть двух видов: горбы л ь н ы й с непропиленной наружной поверхностью (рис. 11.1, и) и дощатый (рис. 11.1, к) с пропиленной бол ее чем на половину длины наружной поверхностью. Обапол изготовляется из древесины хвойных пород. Он должен быть окореъД, опилен с торцов и очищен от сучьев вровень с наружной поверхностью.
Длина обапола от 0,8 до 2,75 м, толщина в вершинном конце от 16 до 35 мм, ширина от 90 до 200 мм. Размеры обапола, требования к его качеству, правила обмера (объем измеряют в складочной мере), упаковки и другие вопросы изложенье в ГОСТ 5780—77.
214
Экспортные пиломатериалы производятся в значительных количествах. Российские пиломатериалы отличаются высоким качеством и пользуются большим спросом на внешних рынках.
В зависимости от рынка экспортные пиломатериалы должны удовлетворять требованиям трех нормативных документов. Для экспорта преимущественно в страны Европы и Азии пиломатериалы так называемой «северной сортировки» вырабатывают согласно ГОСТ 26002 — 83. Значительно меньше пиломатериалов идет на средиземноморский и южный рынок. Туда поставляют пиломатериалы «черноморской сортировки», которые вырабатывают согласно требованиям ГОСТ 9302 — 83.
Экспортные пиломатериалы «северной сортировки», поставляемые через беломорские, дальневосточные, Санкт-Петербургский и Игарский порты, вырабатывают из хвойных пород, главным образом из сосны и ели, а также из пихты, лиственницы и кедра. Пиломатериалы подразделяют по толщине на тонкие (от 16 до 22 мм), средние (от 25 до 44 мм) и толстые (от 50 до 100 мм), по ширине на узкие (от 75 до 125 мм) и широкие (150 мм и выше), по длине на короткие (от 0,45 до 2,4 м) и длинные (от 2,7 до 6,3 м). Сетка сечений установлена в соответствии с ГОСТ 24454— 80. Размеры пиломатериалов по длине следующие: от 1,5 м и более с градацией 0,3 м и от 0,45 до 1,35 м с градацией 0,15 м.
Номинальные размеры экспортных пиломатериалов указаны для влажности, равной 20 %. По качеству древесины и ее обработке древесина подразделяется на пять сортов. Пиломатериалы сортируют на три группы: бессортные (включающие 1-й, 2-й и 3-й сорта), пиломатериалы 4-го и пиломатериалы 5-го сортов. Весьма жесткие требования к качеству древесины пиломатериалов каждого сорта установлены в ГОСТ 26002—83. Основные сортообразующие пороки: сучки, гнили, синева, а также обзол.
Предусматривается сортировка пиломатериалов по породам. Поставка пиломатериалов осуществляется по согласованным с потребителем спецификациям — стокнотам.
Экспортные пиломатериалы должны пройти атмосферную или камерную низкотемпературную сушку до транспортной влажности. Летом перед атмосферной сушкой пиломатериалы подвергают антисептированию. Требования к пиломатериалам (в том числе конструкционным) по европейским стандартам изложены в справочнике [5].
11.2.	Заготовки и пиленые детали
Заготовки общего назначения хвойных и лиственных пород должны отвечать требованиям ГОСТ 9685—61 и ГОСТ 7897—83. Из заготовок изготовляют детали, применяемые в строительстве, сель
215
хозмашиностроении, автомобиле-, судо-, вагоностроении, про изводстве мебели, паркета.
По виду обработки заготовки подразделяются на пилены», полученные путем пиления, и калиброванные, простроит ные (профрезерованные) после пиления для придания им точных размеров по толщине и ширине. Кроме того, выпускаются зак> товки, склеенные из нескольких более мелких заготовок по дли не, ширине и толщине.
Сетки поперечных сечений заготовок приближены к соотпе1 ствующим размерным сеткам пиломатериалов. У хвойных зап» i < > вок в отличие от пиломатериалов предусмотрены толщины 7, 1(1 и 13 мм; наибольшая толщина заготовок 100 мм, а ширина — 200 мм. всего установлено 138 номинальных сечений. У лиственных lai о товок наименьшая толщина 19 мм, а ширина — 40 мм; наиболь шая толщина заготовок 70 мм, ширина — 150 мм; всего устанои лено 89 номинальных сечений.
По размерам поперечного сечения различают тонкие (тол щиной до 32 мм включительно) и толстые заготовки.
Кроме того, выделяют досковые (шириной более двойпоп толщины) и брусковые (шириной менее двойной толщины) заготовки.
Длина заготовки установлена от 0,5 до 1 м с градацией 50 мм. а свыше 1 м — с градацией 100 мм. Заготовки из хвойных поро । для изготовления паркетных покрытий и из лиственных пород дни штучного паркета имеют разные размеры по длине, отличаюпш еся от остальных заготовок.
Номинальные размеры заготовок по длине и ширине устанои лены для древесины влажностью 20 %, (у хвойных пока 15 %). I I рп большей или меньшей влажности древесины фактические размеры заготовок устанавливают согласно ГОСТ 6782.1 — 75 или ГО< I 6782.2-75.
По качеству древесины и обработке хвойные заготовки деля н и на четыре группы (1, 2, 3 и 4-я), а лиственные — на три соры (1, 2, 3-й).
Нормы допускаемых пороков и дефектов обработки для каж дой группы или сорта установлены в ГОСТ 9685 — 61 и ГО( I 7897-83.
В качестве примера укажем, что в хвойных досковых загон>и ках при ширине пласти свыше 110 мм на любом метровом учас i ке длины заготовки для первой группы допускается не более дау \ сросшихся здоровых сучков размером менее 1/5 ширины пласiи (но не более 20 мм); для 2-й группы — трех сучков размером нс более 1/4 ширины пласти; для 3-й группы — четырех сучков pa । мером не более 1/3 ширины пласти и для 4-ой группы — также п< более четырех сучков, но большего размера — до 1/2 ширины пласти.
216
Правила приемки, маркировки, упаковки, транспортирования и хранения заготовок приведены в соответствующих стандартах, которые были указаны при рассмотрении пиломатериалов.
Вырабатываются также заготовки специального назначения, в 1ом числе заготовки авиационные хвойных (ГОСТ 2646—71) и лиственных (ГОСТ 2996—79) пород, заготовки для лож (ГОСТ 16424—83), лыжные заготовки (ГОСТ 48 — 86), заготовки деревянные резонансные для музыкальных инструментов (ТУ 205 РСФСР 08.866 — 89), заготовки для весел (ГОСТ 12457 — 77) и др.
Кратко рассмотрим некоторые из этих сортиментов.
Лыжные заготовки предназначаются для производства гоночных, спортивно-беговых, подростковых, туристских, лесных и детских лыж. Заготовки имеют шесть размеров по толщине от 13 до 27 мм. Ширина заготовок 55 мм и более с градацией 5 мм, длина — от 1000 до 2400 мм с градацией 100 мм. Заготовки вырабатывают из древесины березы, а отдельные детали многослойных лыж — из клена, ясеня, бука, ильма и граба. По качеству древесины заготовки могут быть трех сортов. В числе ограничиваемых пороков: сучки, грибные поражения, пороки строения, трещины, покоробленность, обзол.
Резонансные заготовки предназначаются для изготовления чек клавишных, щипковых и смычковых инструментов. Выраба-н>1вают заготовки из древесины ели и пихты кавказской и, по особому соглашению, из кедра сибирского. В зависимости от на-шачения установлены различные размеры заготовок. Длина их может быть от 280 до 2700 мм, ширина 30 мм и более, а толщина от 1 до 53 мм. Заготовки должны быть радиальной распиловки. К заго-ювкам для клавишных, щипковых и смычковых инструментов предъявляются дифференцированные требования в отношении показателей макроструктуры и пороков древесины [28].
К пиленым деталям относятся шпалы и переводные брусья же-1СЗНЫХ дорог.
Шпалы для железных дорог широкой колеи в зависимости от назначения могут быть трех типов: I — для главных пу-1сй, II — для станционных и подъездных путей и III — для малодеятельных подъездных путей промышленных предприятий. Шпа-чы подразделяются на необрезные (рис. 11.1, л), пропиленные только с двух противоположных сторон, и обрезные (рис. 11.1, м), । |ропиленные со всех четырех сторон. Согласно ГОСТ 78 — 89 шпалы I типа имеют толщину 180 мм, ширину верхней пласти 165 мм, а нижней — 250 мм, шпалы II и III типов имеют несколько меньшую толщину (соответственно 160 и 150 мм), ширина верхней пласти у них равна толщине, а нижней — 230 мм. Длина шпал для принятой в СНГ ширины колеи 1520 мм обычно составляет 2750 мм, однако для особо грузонапряженных участков по специальным заказам изготовляют шпалы длиной 2800 мм, а для участ-
217
ков, где укладывается совмещенный путь с различной шириной колеи, — длиной 3000 мм.
Допускаются отклонения от установленных размеров: по дли не +20 мм, по толщине ±5 мм; по ширине верхней пласта -10 мм и +а, где а — разница между шириной нижней и верхней плас тей; по ширине нижней пласта -5 мм и +20 мм. В стандарте указа ны также допускаемые отклонения по высоте пропиленных боко вых сторон у обрезных шпал.
Для изготовления шпал используют кряжи указанных в гл. К) пород. Влажность древесины может быть любой, однако если опа выше 22 %, то по толщине и ширине шпал должны быть преду смотрены припуски к номинальным размерам на усушку соглас но ГОСТ 6782.1-75 или ГОСТ 6782.2 — 75.
В шпалах ограничен допуск пороков, влияющих на прочное и. древесины. По качеству различают шпалы 1-го и 2-го сортов. Осо бое внимание уделяется качеству древесины у шпал в местах рас положения подрельсовых подкладок. Так, здоровые сросшиеся сучки в этих местах у шпал l-го сорта должны быть размером нс более 40 мм, а у шпал 2-го сорта — не более 60 мм. На остальных поверхностях допускаются сучки указанной разновидности боль ших размеров.
Табачные сучки у шпал 1-го сорта не допускаются, а у шнач 2-го сорта их может быть не более 3 шт. размером не более 25 мм (при условии, что эти сучки не находятся в месте расположения подкладок).
Вне зависимости от сорта шпал не допускаются гнили (ядро вые и мягкая заболонная), двойная сердцевина, одновременно метиковые и морозные трещины. Стандартом установлены огра ничения в допуске грибных ядровых пятен и полос, твердой забо лонной гнили, ложного ядра, глубокой червоточины, трещин наклона волокон, прорости и механических повреждений. Непро пиленные поверхности шпал и обзольные участки обрезных шнач должны быть очищены от корки и луба. Шпалы учитывают в ш i у ках; хранятся они в штабелях на прокладках или с перекрещина ющимися рядами. Перед укладкой в путь шпалы пропитывают мгн ляными антисептиками.
Шпалы для железных дорог узкой коле и имеют такую же форму, как шпалы для дорог широкой колеи, но меньшие размеры. Согласно ГОСТ 8993 — 75 выпускают шпалы трех танин (I, П и III), обрезные и необрезные. У шпал I типа толщина и ширина верхней пласта 140 мм, ширина нижней пласта 230 мм а у шпал III типа толщина 120 мм, ширина верхней пласта 100, а нижней — 190 мм. Длина шпал для колеи 600 мм равна 1200, лич колеи 750 мм — 1500 и для колеи 900 мм — 1700 мм.
Нормы допускаемых пороков примерно соответствуют нормам для 2-го сорта шпал широкой колеи.
218
Брусья для стрелочных переводов железных дорог широкой и узкой колеи изготовляют соответственно по ГОСТ 8816—70 и ГОСТ 8992—75. По форме и поперечным размерам они близки к шпалам (имеют одинаковую толщину, но большую ширину, особенно верхней пласти). Длина переводных брусьев для широкой колеи составляет от 3 до 5,5 м с градацией 0,25 м. Для узкой колеи шириной 600 и 750 мм установлено 10 размеров длины в диапазоне от 1300 до 3000 мм, а для колеи 900 мм — тоже 10 размеров в диапазоне от 1600 до 3500 мм.
Переводные брусья изготовляют из древесины тех же пород, что и шпалы. В отличие от шпал переводные брусья должны иметь высококачественную древесину по всей их длине (а не только в местах укладки подкладок); особое внимание уделяется состоянию древесины у наружных пластей. Нормы допускаемых пороков приведены в указанных выше стандартах. Ширококолейные переводные брусья учитывают и поставляют комплектами с разным набором брусьев в зависимости от назначения путей, типа рельсов и марки стрелочных переводов. Узкоколейные переводные брусья учитывают в комплектах или поштучно. Переводные брусья широкой колеи допускается изготовлять склеенными из отдельных элементов согласно ГОСТ 9371 — 90.
Шпалы для метрополитена согласно ГОСТ 22830—77 имеют толщину и ширину верхней пласти 165 мм, ширину нижней пласти 250 мм. Длина шпал 2650 мм, а также 900 мм. Номинальные размеры установлены для влажности 18 %. Изготовляют шпалы из древесины сосны или березы, не допуская ряда пороков. Шпалы подвергают пропитке масляными антисептиками.
11.3.	Методы испытаний пиломатериалов и заготовок
Методы определения влажности. Согласно ГОСТ 16588 — 91 могут быть использованы три метода. Рабочий метод основан на применении электровлагомеров любой конструкции с погрешностью измерения ±2 % влажности. Определение влажности пилопродукции проводится в диапазоне от 7 до 28 %. Используют влагомеры, принцип действия которых рассмотрен в гл. 3 (п. 3.2). Влажность измеряют на середине ширины пласти пилопродукции, на половине длины коротких досок или заготовок (менее 1,5 м) и на 2...4 участках у более длинных досок. Измерения проводят, отступив не менее 50 см от торца. Вычисляют среднюю влажность единицы пилопродукции и выборки из партии, округляя результат до 1 %.
Контрольный сушильно-весовой метод применяют при любой влажности, отсутствии влагомеров, а также в случае разногласий при приемке пиломатериалов. Используют метод, ана
219
логичный описанному в гл. 3, с учетом больших размеров образцов и их количества. Образцы в виде поперечных срезов толщи нои (вдоль волокон) 10...20 мм выпиливают, отступя от торца не ме нее 50 см. Массу образцов определяют с погрешностью не более 0,1 г. Сушку проводят при температуре (103 ±2) °C. Все образцы считают высушенными, если изменение массы трех произвольно выбранных образцов при последовательных взвешиваниях с ин тервалом 2 ч не превышает 1 %. Влажность образца вычисляют но формуле (3.3).
Ускоренный сушильн о-в е с о в о й метод предусматр! i вает сушку образцов при температуре (120±2) °C в сушильных шкафах СЭШ-ЗМ с принудительной циркуляцией. Продолжитель ность сушки в этом случае составляет 2...2,5 ч. Конечную массу определяют после охлаждения образцов в комнатных условиях н течение 2...5 мин.
В обоих сушильно-весовых методах предусмотрено вычисление средней влажности выборки из партии пилопродукции.
Методы определения прочности и жесткости. Эти методы но многом схожи с методом испытаний малых чистых образцов дре весины. Отличия заключаются в размерах (иногда и форме) об разцов, требованиях к качеству древесины в образцах, приспо соблениях и процедуре испытаний. Способы статистической обра ботки результатов испытаний такие же, как для малых образцов древесины, а влажность определяется методами, которые рассмот рены выше в этом параграфе.
Определение прочности при продольном ежа т и и. Образцы имеют натурные размеры, отличаясь от пиломатериалов и заготовок только длиной, которая должна быть в 5 pa i больше толщины. Определяют минимальную прочность, поэтому образец выпиливают так, чтобы он включал наиболее слабое (и < за наличия пороков) сечение сортимента. Это сечение должно па ходиться в образце на расстоянии не менее одной толщины от каж дого торца. Образец устанавливают в приспособлении с шарнир ным устройством для центрирования усилий, выполненном cornaci ю ГОСТ 21554.4—78, и нагружают со скоростью (0,15 ±0,05) МПа/с Определив при разрушении максимальную нагрузку Ртах и измс рив предварительно поперечное сечение образца, вычисляют пре дел прочности по формуле (4.5).
Определение прочности при продольном растяжении. Для испытаний используют не фигурный, а плоски и образец натуральных размеров с длиной рабочей части (свобод ной от захватов), превышающей ширину доски (заготовки) нс менее чем в 8 раз. Образец должен включать наиболее слабое (из-за пороков) сечение сортимента, которое должно быть в пределах средней по длине зоны образца, распространяющейся на 1,5 ши рины по обе стороны от центра. Образец после измерения размс
220
ров поперечного сечения зажимают в захватах машины, снабженных согласно ГОСТ 21554.5— 78 клиновидными губками с рифленой поверхностью и скосом, постепенно уменьшающим боковое давление. Образец нагружают со скоростью (0,15 ±0,05) МПа/с и определяют Ртах. Предел прочности вычисляют по формуле (4.5).
Определение прочности при статическом изгибе. Берут образец натуральных размеров, длина его равна 21... 22 высотам, высота h равна размеру сечения образца в направлении приложения нагрузки. Сортообразующие пороки должны быть расположены на средней трети длины образца. Испытания проводят согласно ГОСТ 21554.2—81 по схеме с нагружением в двух точках. Радиус опор и нажимных элементов равен 1,5 h. Пролет / должен составлять 18 Л. Нагружают образец с такой скоростью, чтобы его разрушение произошло не менее чем через 2 мин и не более чем через 5 мин. Определяют Pmax, Н, и, используя предварительно измеренные значения ширины Ь, высоты h и пролета /, мм, вычисляют предел прочности, МПа, по формуле
О = <11Л)
Определение прочности при скалывании вдоль волокон. Форма и размеры образца указаны на рис. 11.2, размер b равен толщине пиломатериала или заготовки. Образец не должен иметь пороков древесины, увеличивающих сопротивление скалыванию, а также трещин в плоскости скалывания. Наклон волокон в образце должен быть типичным для всего сортимента (доски, бруса и т.д.). Образец помещают в приспособление, изготовленное согласно ГОСТ 21554.6—78, и прикладывают нагрузку к правой укороченной части образца. Его левая часть находится на опоре. Зазор между ребром опоры и плоскостью ожидаемого скалывания должен составлять 3 мм. Образец нагружают при скорости перемещения активной головки машины (0,6 ±0,12) мм/мин, определяют и вычисляют предел прочности по формуле (4.9).
Рассмотренные методы используются, как отмечалось, для определения сорта конструкционных пиломатериалов. Кроме того, ГОСТ 21554.7 — 78 устанавливает метод
Рис. 11.2. Образец для испытания на скалывание вдоль волокон пиломатериалов и заготовок
221
определения предела прочности пиломатериалов и заготовок при смятии поперек волокон. Показателями контактной про чности при поперечном смятии служат: условный предел проч ности, равный пределу пропорциональности между напряжения ми и деформациями, или величина напряжений, соответствующая заданной (2,5 мм) деформации образца. Испытания проводят и i образцах длиной 150 мм и высотой 50 мм, выпиленных из при кромочной зоны пиломатериала или заготовки во всю их толщину Нагрузку передают через пуансон на участок длины образца, рль ный 50 мм. Нагружают рабочую поверхность образца, которая со ответствует кромке пиломатериала или заготовки.
Определение шероховатости поверхности. Для оценки состоя ния поверхности лесоматериалов и композиционных древесных материалов применяют параметры шероховатости согласно ГОС I 7016—82. В зависимости от вида материала и способа механичс ской обработки используют один или несколько параметров и i следующей номенклатуры: Амтах; Ra и Sz. Параметр RmmM это среднее арифметическое не менее пяти высших значении высот неровностей на контролируемой поверхности материал.i Высота неровности равна разнице уровней выступа и смел ной впадины. Параметр Rm — это наибольшая высота профиля, т. е. совокупности неровностей, в пределах базовой длины. Бачи в а я длина представляет собой протяженность участка, испол i. зуемого для выделения неровностей, характеризующих шером> ватость данной поверхности. Параметр Rz — это среднее арифмг тическое высот неровностей профиля по пяти высшим отклонс ниям уровней выступов и впадин от средней линии профиля и пределах базовой длины. Параметр Ra — это среднее арифметша ское абсолютных значений всех отклонений профиля от сред) и-н части линии в пределах базовой длины. Параметр Sz — это срс i ний шаг впадин неровностей, характерных для данного вида об работки.
Для определения 7?„,тах (старое обозначение 7?гтах) согласно ГОСТ 15612 — 85 используют индикаторный глубиномер, а такдс оптические приборы (микроскопы) ТСП-4М и МИС-11. Другие параметры определяются профилографами или без зап ши профиля — с помощью профилометров. Эти параметры у< танавливают для всей контролируемой поверхности как средне арифметическое значений каждого параметра, полученных на pa I личных участках поверхности.
Шероховатость поверхности пиломатериалов и заготовок он. нивают по параметру 7?mmax, значения которого для поверхносцч после рамного пиления древесины хвойных пород составляют < > i 500 до 1600 мкм, лиственных пород — от 320 до 1000 мкм; для поверхности после пиления дисковыми пилами древесины всех пород — от 40 до 800 мкм.
Контрольные вопросы
1.	Какой толщины могут быть доски, бруски и брусья?
2.	Что такое размерная сетка пиломатериалов?
3.	Сколько сортов у пиломатериалов хвойных и лиственных пород?
4.	Назовите основные характеристики пиломатериалов северной сор-।ировки.
5	Чем отличаются пиленые детали от заготовок?
6.	Чем отличаются брусья для стрелочных переводов от шпал?
7.	Как определяют влажность пилопродукции?
Глава 12
СТРОГАНЫЕ, ЛУЩЕНЫЕ И КОЛОТЫЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ, ИЗМЕЛЬЧЕННАЯ ДРЕВЕСИНА
12.1. Строганые, лущеные и колотые лесоматериалы
Путем строгания вырабатывают шпон, штукатурную дрань, стружку (упаковочную и другого назначения).
Строганый шпон представляет собой тонкие листы древесины, отличающиеся красивой текстурой и цветом. Этот облицовочный материал изготовляют из древесины многих отечественных лиственных пород, чаще из дуба, ясеня, бука, а также из экзотических пород (красного, лимонного дерева и др.). Строганый шпон получают из древесины некоторых хвойных пород — лиственницы, сосны.
Для изготовления шпона окоренные кряжи раскраивают на чураки, из которых продольной распиловкой получают брусья, или в а н ч е с ы, — части двухкантных брусьев с тремя пропилен-
ными продольными сторонами. После пропаривания брусьев их подвергают строганию на шпонострогальных станках. Схема получения строганого шпона показана на рис. 12.1.
В зависимости от плоскости строгания различают шпон радиальный (Р), полурадиальный (ПР), тангенциальный (Т) и гангенциально-торцовый (ТТ). Согласно ГОСТ 2977 — 82 полу-радиальным называют шпон, у которого прямые параллельные линии годичных слоев видны не
Рис. 12.1. Схема получения строганого шпона:
7 — брус; 2 — нож; 3 — шпон; 4 — прижимная линейка
223
менее чем на 3/4 площади листа. У тангенциально-торцового строганого шпона, получаемого из наростов, годичные слои имеют вид замкнутых кривых линий, а сердцевинные лучи — вид кривых линий или штрихов.
По качеству древесины и чистоте обработки шпон делится на два сорта. В шпоне 1 -го сорта не допускаются несросшиеся и частично сросшиеся сучки, червоточина, трещины, внутренняя заболонь, пятнистость, темная прорость, царапины, риски. Некоторые пороки допускаются с ограничениями. Для шпона 2-го сорта требования к качеству древесины снижены. Параметр шероховатости 7?„,тах должен быть не более 200 мкм для дуба, ясеня, ильма, лиственницы, сосны и красного дерева; для древесины остальных пород — не более 100 мкм. Толщина шпона в зависимости от породы и текстуры составляет от 0,4 до 1 мм с градацией 0,1 мм. У шпона Т, ПР, Р 1-го и 2-го сортов длина соответственно 900 и 400 мм и более с градацией 50 мм; ширина 120 и 60 мм и более с градацией 10 мм. У шпона ТТ 1-го сорта длина и ширина 200 мм и более, 2-го сорта — 100 мм и более.
Высушенные до влажности (8 ± 2) % листы шпона укладывают в пачки в порядке выхода их при строгании бруса. В пачке должно быть четное количество листов (не менее 10 шт.). Из пачек комплектуют пакеты массой от 80 до 500 кг, включающие шпон одной породы, сорта и толшины. Шпон учитывают в квадратных
метрах.
Штукатурную дрань (ОСТ 13-2—73) получают из отходов древесины хвойных и мягких лиственных пород не только путем строгания, но и раскалыванием или пилением. Штукатурная дрань используется при строительстве жилых зданий. Толщина драни 4 мм, ширина 19, 22, 25 и 32 мм, длина от 500 до 1500 мм с градацией 100 мм. Не допускаются гнили и сучки загнившие, гни-
Рис. 12.2. Схема получения лущеного шпона:
1 — прижимная линейка; 2 — шпон; 3 — нож; 4 — чурак
лые и табачные. Ограничиваются здоровые сучки, трещины, наклон волокон, обзол и поко-робленность.
Стружку упаковочную получают строганием, но из-за малости размеров ее относят к измельченной древесине.
Путем лущения получают шпон в виде непрерывной ленты древесины. Схема лущения чурака показана на рис. 12.2. После выхода из лущильного станка ленту шпона до или после сушки разрезают на форматные листы.
224
Лущеный шпон вырабатывают в качестве полуфабриката или товарной продукции и используют для изготовления фанеры, слоистых пластиков, для облицовки и других целей. Он предназначен также для изготовления слоистой клееной древесины и облицовки поверхности изделий из древесины. Шпон, применяемый для облицовки, отличается от строганого шпона меньшей декоративностью, но имеет большие размеры листов. В соответствии с ГОСТ 99—96 шпон имеет размеры по длине от 800 до 3750 мм с градацией 100 мм, по ширине — от 150 до 750 мм с градацией 50 мм и от 800 до 3750 мм с градацией 100 мм. Толщина шпона из древесины лиственных пород 0,55; 0,75; 0,95; 1,15 мм и от 1,25 до 4 мм с градацией 0,25 мм, а из древесины хвойных пород — от 1,2 до 4 мм с градацией 0,4 мм и от 4 до 6 мм с градацией 0,5 мм.
В зависимости от качества древесины и обработки шпон лиственных пород подразделяют на пять сортов: Е (элита); I, II, III, IV, а шпон хвойных пород — на четыре сорта: Ех, Ix, IIX, IIIX, IVX. К качеству шпона сорта Е предъявляются очень высокие требования: не допускаются булавочные, полностью или частично сросшиеся здоровые сучки, трещины, грибные и химические окраски, ложное ядро, гнили, червоточина, прорость и ряд других пороков, а также дефекты обработки. У остальных сортов требования к качеству древесины соответственно снижаются. Так, у шпона IV сорта допускаются без ограничения сросшиеся здоровые сучки, плотно сомкнутые трещины, прорость, ложное ядро, грибные и химические окраски, гнили, дефекты обработки. С некоторыми ограничениями допускаются другие пороки. Требования к качеству шпона из хвойных пород ниже, чем шпона из лиственных пород.
Шпон изготовляют из древесины пород, указанных в гл. 10 (см. п. 10.2). Параметр шероховатости поверхности шпона для наружных слоев из древесины лиственных пород должен быть не более 200 мкм, а из хвойных — 320 мкм. Влажность шпона должна составлять (8 ± 2) %.
Путем раскалывания заготовляют колотые балансы. Удаление ядровой гнили из низкокачественной древесины при раскалывании поленьев позволяет получить полноценное сырье для выработки целлюлозы и древесной массы. Колотые балансы, которые поставляются только в окоренном виде, согласно ГОСТ 9463 — 88 и ГОСТ 9462—88 должны иметь размеры по длине раскола и по периметру внешней окружности не менее 50 мм. Такие же требования для дровяной древесины, идущей на технологические нужды. Древесина толщиной более 60 мм поставляется в расколотом виде, при этом наибольший размер поперечного сечения не должен превышать 40 см. Раскалывание как способ деления круглых лесоматериалов на заготовки в настоящее время при
225
меняется довольно редко, оно заменяется пиление^. К колотым сортиментам относятся клепка бочарная, колесный обод, санны ii полоз и др.
12.2. Измельченная древесина
К измельченной древесине согласно ГОСТ 23246—78 относя т ся: щепа, дробленка, стружка, опилки, древесная мука и пыль Некоторые из указанных видов, например дробленка (довольно крупные частицы) и древесная пыль (несортированные очень мел кие частицы размером менее 1 мм), используются только как по луфабрикаты в производстве композиционных материалов, дру гие виды измельченной древесины вырабатывают не только как полуфабрикаты, но и как товарную продукцию. Рассмотрим кра i ко стандартизованные (на уровне государственных стандартон) виды измельченной древесины.
Щепа. Этот вид продукции получают путем измельчения дре весного сырья рубильными машинами или специальными режу щими устройствами. Различают технологическую, зеленую (с при месью коры, хвои, листьев) и топливную щепу. Наибольшее зил чение имеет технологическая щепа.
Технологическая щепа согласно ГОСТ 15815—83 выпускается восьми марок. В целлюлозно-бумажное производство идет щепа трех марок: Ц-1 — для получения сульфитной целлюлозы и древесной массы, идущих на изготовление бумаги с регламентируемо! I сорностью; Ц-2 — для получения тех же полуфабрикатов для и i готовления бумаги и картона с нерегламентируемой сорностьк >, а также для получения сульфатной и бисульфитной целлюлоп.1 для бумаги и картона с регламентируемой сорностью; Ц-3 — для получения сульфатной целлюлозы и различных видов полуцеллю лозы для изготовления бумаги и картона с нерегламентируемой сорностью.
В гидролизную промышленность поступает щепа также трех марок: ГП-1 — для получения спирта, дрожжей, глюкозы и фурфу рола; ГП-2 — для получения пищевого кристаллического ксили та; ГП-3 — для получения фурфурола и дрожжей при двухфазном гидролизе. Для производства древесно-волокнистых плит (ДВГ1) используют щепу ПВ, а для изготовления древесно-стружечш.н (ДСтП) — щепу марки ПС.
Размеры щепы (длина/толщина), мм, не более, применяющейся
для производства: целлюлозно-бумажного.............................(5... 25)/5
гидролизного...................................(5...35)/5
древесно-волокнистых плит......................(1О...35)/5
древесно-стружечных плит.......................(1О...6О)/ЗО
226
Длина щепы измеряется по направлению волокон древесины. Особые требования предъявляются к качеству срезов щепы для целлюлозно-бумажного производства. Чтобы обеспечить проникновение варочного раствора вглубь древесины, срезы должны быть чистыми, без мятых кромок; угол среза 30...60°. В щепе не допускаются обугленные частицы и металлические включения. Жесткие требования установлены в отношении засоренности минеральными примесями. Ограничен допуск гнили и коры для щепы различных назначений.
Древесина всех хвойных и лиственных пород используется при производстве щепы для получения сульфатной целлюлозы и полуцеллюлозы, дрожжей, спирта, ДВП и ДСтП. Породный состав щепы, используемой для других целей, дифференцирован с учетом химических свойств и строения древесины. Например, для производства глюкозы применяется щепа из древесины хвойных пород, для фурфурола — лиственных пород, а для ксилита — березы. В ряде случаев допускается использовать щепу из смеси пород, согласно установленным в стандарте соотношениям. Щепа учитывается в кубических метрах плотной массы с округлением до 0,1 м3. Для перевода насыпного объема щепы в объем плотной массы используют коэффициенты, которые зависят от вида транспорта и дальности перевозок.
Технологические древесные опилки. Этот вид измельченной древесины используют для получения целлюлозы, продукции лесохимических и гидролизных производств, изготовления древесных плит. Технологические опилки для гидролиза, получающиеся при распиловке лесоматериалов, должны отвечать ряду требований, установленных ГОСТ 18320—78. Для гидролизных заводов спиртового и дрожжевого профиля могут использоваться опилки из древесины только хвойных или только лиственных пород; допускается использование смеси хвойных и лиственных опилок (но для выработки спирта должно быть не менее 70 % хвойных). Для заводов фурфурольного профиля допускают опилки из древесины только лиственных пород.
Опилки не должны содержать более 8 % коры, 5 % гнили и 0,5 % минеральных примесей. Среди опилок должно быть не более 10% мелких частиц древесины, прошедших через сито с отверстиями диаметром 1 мм, и не более 5 % крупных, оставшихся на сите с отверстиями диаметром 30 мм. Технологические опилки учитывают в кубических метрах плотной массы, используя переводные коэффициенты.
Стружка древесная. Стружка изготовляется из круглых лесоматериалов, кусковых отходов лесопиления, деревообработки, фанерного и спичечного производства и предназначается для упаковки продовольственных и промышленных товаров, изготовления фибролитовых плит и др. ГОСТ 5244—79 установлено шесть
227
марок стружки в зависимости от ее назначения. Толщина стружки от 0,05 до 0,5 мм, ширина от 2 до 8 мм, длина от 200 до 530 мм. В большинстве случаев используется древесина хвойных и мягких лиственных пород. Например, для упаковки фруктов применяется тонкая и узкая стружка только из древесины ели, липы или осины, а для упаковки яиц — более крупная стружка из ели или пихты. У древесины стружек не допускаются гнили и плесень. Требования к допуску грибных окрасок и ядровых пятен дифференцированы в зависимости от назначения стружки.
Мука древесная. Это продукт сухого механического измельчения отходов лесопиления и деревообработки. Древесная мука используется в качестве наполнителя, фильтрующего материала, поглотителя и применяется в производстве пластмасс, линолеума, промышленных взрывчатых веществ и для других целей. В зависимости от назначения муки для ее изготовления применяется древесина хвойных или лиственных пород либо их смеси. Требования к физико-химическим свойствам муки, ее гранулометрическому составу и другим показателям изложены в ГОСТ 16361 — 87, а методы испытаний древесной муки регламентированы ГОСТ 16362—86.
Контрольные вопросы
1.	Чем отличается строганый шпон от лущеного?
2.	Перечислите сорта лущеного шпона.
3.	Назовите основной вид колотых лесоматериалов.
4.	Назовите области применения и марки технологической щепы.
5.	Для каких целей используют технологические опилки?
Глава 13
КОМПОЗИЦИОННЫЕ ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МОДИФИЦИРОВАННАЯ ДРЕВЕСИНА
Композиционные древесные материалы можно разделить на две подгруппы: клееную древесину и материалы на основе измельченной древесины. Отдельно в данной главе рассматривается массивная древесина с модифицированными свойствами.
13.1.	Клееная древесина
К клееной древесине согласно ГОСТ 15024—79 относятся три вида материалов: слоистая клееная, массивная клееная и комбинированная клееная древесина. Первый вид представляет собой продукцию, полученную из шпона: фанеру, фанерные плиты,
228
древесные слоистые пластики, а также гнутоклееные изделия и др. Второй вид — продукция из массивной древесины: клееные доски, бруски, брусья, плиты, используемые в качестве полуфабрикатов, заготовок, деталей и изделий. К третьему виду относятся материалы, полученные путем сочетания массивной древесины и шпона, — столярные плиты.
Некоторые из перечисленных разновидностей клееной продукции представляют собой не материалы, а готовые изделия, другие перерабатываются на производственном предприятии и не являются товарной продукцией. На третьи еще нет государственных стандартов.
Ниже кратко рассматривается стандартизованная товарная продукция (материалы) из клееной древесины. Более подробные сведения об этих материалах и другой клееной продукции даны в отдельных работах, например [3] и ряде других.
Фанера. Этот наиболее распространенный слоистый древесный материал, который согласно терминологическому стандарту ГОСТ 15812—87 представляет собой три или более склеенных между собой листов лущеного шпона с взаимно-перпендикулярным расположением волокон в смежных слоях фанеры, используется в строительстве, судо-, вагоно-, машиностроении и других отраслях промышленности. Многообразное и широкое применение фанеры обусловлено тем, что по сравнению с пиломатериалами она обладает меньшей анизотропностью, пониженной способностью разбухать, усыхать, коробиться и растрескиваться, может быть изготовлена в виде больших листов при сравнительно малой толщине, легко принимает криволинейную форму и имеет ряд других преимуществ.
Фанера общего назначения применяется в мебельной, радиотехнической промышленности, в строительстве, судо-, вагоне-, автомобилестроении и других отраслях промышленности. При изготовлении фанеры для внутренних слоев применяют шпон из древесины лиственных или хвойных пород. Преимущественно используют древесину березы, растет выпуск фанеры из хвойного шпона. Фанера может быть из древесины одной или различных пород. В зависимости от породы древесины, из которой изготовлены наружные слои, фанеру называют березовой, сосновой и т.д. ГОСТ 3916.1 — 96 и ГОСТ 3916.2—96 на фанеру с наружными слоями из шпона соответственно лиственных и хвойных пород устанавливают две марки фанеры: ФСФ — повышенной водостойкости (на фенолформальдегидных клеях); ФК — водостойкую (на карбамидных клеях). По экологическим показателям фанера делится на два класса в зависимости от эмиссии формальдегида: Е1 и Е2 (большее содержание формальдегида у фанеры класса Е2).
Наиболее распространенный размер листов фанеры по длине (в направлении волокон наружного слоя) и ширине 1525х 1525 мм.
229
Развивается производство большеформатной фанеры с размерами по длине и ширине 1830...3660. Номинальная толщина фанеры: 3 (только хвойной); 4; 6,5; 9; 12; 15; 18; 21; 24; 27 и 30 мм. Фанера может быть шлифованной с одной (III,) или двух (Ш2) сторон и нешлифованной. Сорт фанеры определяется сортом шпона (см. п. 12.1) наружных слоев. В качестве оборотного слоя может быть использован шпон того же, что и у лицевого, или более низкого сорта. Таким образом, фанера может иметь сорта: Е/Е, ЕД, Е/П, ..., I/I, I/II, ..., III/IV, IV/IV, т.е. всего 15 сортов. У хвойной фанеры в обозначениях добавляется индекс «х»: Ех/Ех; 1Х/1Х и т.д. В числителе указывают сорт лицевого, а-в знаменателе — оборотного слоя фанеры. В стандартах даны нормы ограничения дефектов фанеры для каждого сорта.
Влажность фанеры должна быть в пределах 5... 10 %. Фанера учитывается в кубических или квадратных метрах. Объем и площадь листа определяют по номинальным размерам (без учета допусков).
Условное обозначение фанеры должно включать наименование продукции, породу древесины наружных и внутренних слоев, марку, сорт, класс эмиссии, шлифованность, размеры, стандарт. Например, «Фанера, береза/сосна, ФСФ, I/II, Е1; Ш2; 2440x1525x12; ГОСТ 3916-96».
Фанера, облицованная строганым шпоном, предназначена для отделки помещений, производства мебели и других изделий. От фанеры общего назначения она отличается тем, что один или оба ее наружных слоя представляют собой строганый шпон из древесины ценных пород. Согласно ОСТ 13-222—88 облицованная фанера может быть двух марок: ФОФ — на фенолформальдегидных клеях и ФОК — на карбамидных клеях. По текстуре строганого шпона различают фанеру радиальную, полура-диальную и тангенциальную. Толщина фанеры от 4 до 10 мм.
В зависимости от качества древесины строганого шпона облицованная фанера выпускается 1-го и 2-го сортов. Породы древесины для оборотного слоя (при односторонней облицовке) и качество внутренних слоев такие же, как у фанеры общего назначения.
Фанера декоративная применяется как отделочный материал в строительстве и промышленности. Она облицована пленочными покрытиями в сочетании с декоративной бумагой или без нее.
Декоративная фанера в соответствии с ГОСТ 14614—79 выпускается четырех марок: ДФ-1 — с прозрачным бесцветным или окрашенным пленочным покрытием; ДФ-2 — с пленкой и декоративной бумагой, имитирующей текстуру ценных пород древесины или имеющей другой рисунок; ДФ-3 и ДФ-4 — соответственно с прозрачным и непрозрачным покрытием повышенной
230
водостойкости. В фанере первых двух марок используются карба-мидо-меламиноформальдегидные смолы, а остальных — мелами-ноформальдегидные смолы. Глянцевая или полуматовая облицовка может быть на одной или обеих сторонах листа фанеры.
Декоративная фанера выпускается таких же форматов, как и фанера общего назначения; толщина ее от 3 до 12 мм. Для изготовления декоративной фанеры применяется шпон из древесины березы, ольхи, липы, осины йли тополя. Для внутренних слоев фанеры допускается применять шпон из древесины сосны или лиственницы. Декоративную фанеру изготовляют 1-го и 2-го сортов. Эта фанера, как и облицованная шпоном, учитывается в квадратных метрах.
Фанера бакелизированная применяется как конструкционный материал, отличается повышенной водостойкостью, ат-мосферостойкостью и прочностью (по прочности приближается к низколегированным сталям).
Бакелизированную фанеру изготовляют из березового лущеного шпона. В соответствии с ГОСТ 11539—83 выпускается шесть марок фанеры: ФБС, ФБСЬ ФБВ, ФБВ], ФБС-А и ФБС(-А. Они различаются видами применяемых фенолформальдегидных смол (спирторастворимая или водорастворимая смола, на что указывает третья буква марки) и способами обработки ими шпона (пропитка или нанесение).
Для изготовления конструкций в строительстве, машине-, автомобиле- и судостроении, работающих в атмосферных условиях, применяется фанера марок Ф₽С, ФБС^ для конструкций, работающих в помещениях, а также при условии их защиты лакокрасочными покрытиями на открытом воздухе — ФБВ, ФБВ]; для изготовления внутренних конструкций, применяемых в автомобилестроении, используется фанера марок ФБС-А и ФБСГА. Вырабатываются восемь форматов бакелизированной фанеры: от 1500x1200 до 7700 х 1550 мм. Установлены семь размеров толщины фанеры в диапазоне от 5 до 18 мм.
Фанера березовая авиационная изготовляется из трех и более нечетных слоев лущеного шпона, склеенных синтетическими клеями. В соответствии с ГОСТ 102—75 фанеру выпускают четырех марок: БП-А и БП-В, в которых для склеивания шпона используется бакелитовая пленка марки А или В; БС-1, склеенная смолой С-1; БПС-1В с наружными слоями, состоящими из двух одинаково расположенных листов шпона, склеенная при толщине 2; 2,5 и 3 мм бакелитовой пленкой В, а при толщине 4, 5, 6 мм — смолой С-1 (внутренние слои) и пленкой (наружные слои).
Толщина фанеры марок БП-А и БП-В может быть от 1 до 3 мм с градацией 0,5 мм, а марки БС-1 — от 3 до 6 мм с градацией 1 мм и от 6 до 12 мм с градацией 2 мм. Размеры фанеры по ширине от 800, а по длине от 1000 до 1525 мм с градацией 25 мм. Фанеру
231
выпускают 1-го и 2-го сортов с разными нормами допускаемых пороков. Установлены дифференцированные требования к механическим характеристикам. Правила приемки, в частности, предусматривают световую дефектоскопию. Фанера учитывается в квадратных метрах.
Огнезацищенная фанера (ОЗФ). Это трудногорючая фанера, разработанная в МГУЛ, выпускается двух видов: для вагонов метрополитену (ТУ 13-971 — 94) и для железнодорожных вагонов (ТУ 13-972 — 98). Пропитанная на всю толщину растворами антипирена, трудногорючая фанера обладает умеренной способностью образовывать дым и токсичные продукты горения. Фанера для метрополитена имеет на поверхности смоляное покрытие, что обеспечивает повышенные био- и водостойкость.
Фанерные плиты. Эти широко применяемые материалы включают не менее семи слоев лущеного шпона и имеют значительную толщину. В соответствии с ГОСТ 8673 — 82 фанерные плиты в зависимости от ориентации листов шпона и назначения выпускают семи марок ПФ-А — для вагоно-, сельхозмашиностроения и др.; ПФ-Б — для сельхозмашиностроения, автомобилестроения и др.; ПФ-В — для сельхозмашиностроения и др.; ПФ-Х и ПФО-Х — для ручек и крюков хоккейных клюшек; ПФД-Х — для цельноклееных детских клюшек; ПФ-Л — для лыж.
Плиты могут быть облицованы строганым шпоном. Для внутренних слосв используют березовый, липовый, сосновый шпон. Плиты выпускают тех же форматов, что и фанеру. Толщина плит . от 8 до 78 ми. В зависимости от качества древесины установлены восемь сортов для необлицованных плит разных марок и по два сорта для одно- и двусторонне облицованных плит. Фанерные плиты учитывают в кубических метрах.
Древесные слоистые пластики (ДСП). Этот композиционный материал подучают в процессе термической обработки под большим давлением из листов шпона, склеенных синтетическими клеями. Согласно ГОСТ 13913 — 78 ДСП изготовляют из березового шпона, используя в качестве клея бакелитовый лак. Выпускают 11 марок пластика различного назначения с четырьмя типами укладки шпону; А, Б, В, Г. Например, пластики ДСП-Бэ и ДСП-Вэ используют в электротехнике. Другие марки предназначены для судостроения (материал для дейдвудных подшипников) и машиностроения (в том числе текстильного) в качестве конструкционного самосмазывающегося антифрикционного материала. Пластики изготовляют цельными и составными из нескольких листов шпона по длине.
ДСП выпускают в виде листов толщиной от 1 до 12 мм и плит толщиной оз 15 до 60 мм. Длина пластиков от 750 до 5600 мм, а ширина от 750 до 1500 мм. В стандарте указаны требования к качеству шпона, регламентируются показатели физико-механических
232
свойств ДСП. В частности, для пластиков марок ДСП-Бэ и ДСП-Вэ установлены нормы показателей электрических свойств, а также тепло- и маслостойкости. Пластики обладают высокой плотностью (от 1230 до 1330 кг/м3).
Древесные слоистые пластики учитывают по массе (в килограммах).
Столярные плиты. Эти композиционные материалы, применяемые в мебельной промышленности, судо-, вагоностроении И строительстве, изготовляют из реечных щитов, оклеенных с обеих сторон двумя слоями лущеного шпона. В соответствии с ГОСТ 13715 — 78 столярные плиты выпускают следующих типов: HP —-из щитов с не склеенными между собой рейками; СР — из щитов со склеенными рейками; БР — из блочно-реечных щитов (рейки из склеенных в блок досок). Плиты могут быть облицованы строганым шпоном.
Плиты выпускают четырех форматов: 2500x1525, 2500x1220 1830x1220, 1525x1525 мм, толщиной 16, 19, 22, 25 и 30 мм. ДлЯ изготовления щитов плит используют древесину хвойных и мягких лиственных пород. Необлицованные столярные плиты учитывают в кубических, а облицованные — в квадратных метрах.
13.2.	Композиционные материалы на основе измельченной древесины
Композиционные материалы этой подгруппы изготовляют в основном из низкокачественной древесины и отходов производства.
Ниже кратко рассмотрены материалы, на которые имеются государственные стандарты, а также некоторые другие материалы, выпускаемые промышленностью в крупных масштабах.
Древесно-стружечные плиты (ДСтП). Этот композиционный материал получают путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Древесно-стружечные плиты широко используются в производстве мебели, применяются также в строительстве и других областях.
Древесные частицы получают главным образом при переработке технологического сырья (низкокачественной древесины), технологической щепы, а также кусковых отходов деревообрабатывающих производств и опилок. В качестве связующего для производства древесно-стружечных плит применяют чаще всего кар-бамидоформальдегидные и фенолформальдегидные смолы. В соответствии с ГОСТ 10632 — 89 плиты изготовляют путем плоского прессования толщиной (после шлифования) от 8 до 28 мм с градацией 1 мм. Длина плит от 1830 до 5680 мм (18 размеров), а ширина — от 1220 до 2500 мм (9 размеров). Для нешлифованных
233
плит предусматривается припуск по толщине не более 1,5 мм. Плотность плит 550...820 кг/м3, влажность — 5... 12 %.
Установлены две марки плит — П-А и П-Б, у которых нормы других физико-механических показателей различны. Так, например, предел прочности при изгибе у плит марки П-А толщиной от 8 до 12, от 13 до 19 и от 20 до 30 мм соответственно равен 18, 16 и 14 МПа, а у марки П-Б — 16, 14 и 12 МПа. Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты толщиной 8... 12 мм у П-А равен 0,35 МПа, у П-Б — 0,3 МПа; при толщинах 13... 19 и 20...30 мм этот показатель соответственно равен 0,3 и 0,25 МПа для обеих марок. Как видим, прочность у более тонких плит выше.
Покоробленность у плит марки П-А Должна быть не более 1,2 мм, а у марки П-Б — 1,6 мм, шероховатость поверхности сухой шлифованной плиты Rm для марки П-А равна 50 мкм, для марки П-Б — 63 мкм. Дифференцированы нормы требований к разбуханию плит по толщине, к удельному сопротивлению выдергиванию шурупов, нормальному отрыву наружного слоя и некоторые другие. Для плит обеих марок модуль упругости при изгибе равен 1,4...4 ГПа, ударная вязкость — 0,4...0,8 Дж/см2, твердость — 20...40 Н/мм2.
Различают плиты I и II сортов по наличию и размерам дефектов на их поверхности. Изготовляют плиты с обычной или мелкоструктурной (М) поверхностью, шлифованные (Ш) или нешлифованные, обычной или повышенной (В) водостойкости. Имеются два класса плит в зависимости от содержания в них формальдегида — Е1 и Е2. Наименьшее содержание этого токсичного вещества у плит класса Е1. Все указанные характеристики, а также размеры плит и номер стандарта находят отражение в условном обозначении, например «П-А, I, М, В, Ш, Е1, 3500*1750x15, ГОСТ 10632—89». Плиты учитывают в квадратных или кубических метрах.
Для придания древесно-стружечным плитам био-, водо- и огнестойкости в них вводят химические добавки [23]. В мировой практике для строительства широко применяются плиты с ориентированными частицам ОСБ (Oriented Strand Board).
Древесно-волокнистые плиты (ДВП). Это листовой материал, изготовленный в процессе горячего прессования и сушки, сфор-кшрованный в виде ковра из древесно-волокнистой массы. Древесными волокнами условно названы клетки, их обрывки и группы, получающиеся при размоле древесины (щепы).
Различают мокрый и сухой способы производства ДВП, в зависимости от того, в водной или воздушной среде находится масса при формировании ковра и прессовании. Наиболее распространен мокрый способ, близкий к способу производства картона, однако в последнее время получает развитие сухой способ производства ДВП. При мокром способе прочность плиты обеспечива
234
ется межволоконными связями, а вводимые добавки предназначены для улучшения других свойств, например водостойкости. При сухом способе вводят упрочняющее плиту связующее — синтетическую смолу, поэтому ДВП сухого способа производства с еще большим основанием можно отнести к композиционным древесным материалам.
Древесно-волокнистые плиты применяют в строительстве, при изготовлении деревянных домов, в производстве мебели, автомобиле-, вагоне-, судостроении и других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.
Мокрым способом (ГОСТ 4598 — 86) изготовляют плиты плотностью, кг/м3:
сверхтвердые СТ............................... 950... 1100
твердые Т..................................... 800... 1100
полутвердые НТ................................>600
мягкие:
Ml............................................ 200...400
М2........................................... 200...350
М3........................................... 100 ...200
Если твердые плиты имеют лицевой слой из тонкодисперсной древесной массы, в обозначение марки добавляется буква С, если лицевой слой подкрашен — буква П; на повышенную водостойкость указывает буква В. Твердые плиты марок Т, Т-С, Т-П, Т-СП в зависимости от уровня физико-механических показателей подразделяют на группы А и Б, а по числу и размерам дефектов на поверхности относят к I и II сорту. Сверхтвердые, твердые и полутвердые плиты выпускают толщиной от 2,5 до 6 мм (5 размеров), длиной от 1220 до 3660 мм (10 основных размеров), шириной от 610 до 2140 мм (6 размеров), а мягкие — толщиной 8, 12, 16 мм; длиной от 1220 до 3000 мм и шириной 1220 мм. Пример условного обозначения плиты: «Т-СП, гр. Б, II с., 3050x2140x3,2, ГОСТ 4598-86».
Предел прочности плит при изгибе, МПа (нижняя граница):
сверхтвердых..............................47
твердых водостойких.......................40
твердых группы А/Б........................38/33
полутвердых...............................15
Мягкие плиты, предназначенные для теплоизоляции, имеют малую прочность (у марок Ml, М2, М3 соответственно 1,8; 1,1 и 0,4 МПа) и низкий коэффициент теплопроводности (0,05; 0,07; 0,09 Вт/м • °C).
Для разных марок ДВП установлены дифференцированные нормы разбухания, влажности (3... 12%), водопоглощения и проч
235
ности при растяжении перпендикулярно волокнам (для твердых и сверхтвердых плит).
ДВП, изготовляемые сухим способом согласно ТУ 13-444—83, бывают следующих марок: полутвердые — ПТс-220; твер дые — Тс-300, Тс-350, Тс-400, Тс-450; сверхтвердые — СТс-500.
Плиты выпускают шлифованными (с одной или двух сторон) и нешлифованными. В зависимости от наличия и размеров дефектов на поверхности нешлифованные плиты подразделяют на группы А и Б. Длина плит 1200...5500 мм, ширина 1000... 1830 мм, толщина 5... 12 мм. Влажность плит составляет (5 ± 3) %. Параметр шероховатости Rmmm у шлифованных плит не более 100 мкм. Установлены дифференцированные по маркам нормы в отношении показателей плотности, прочности, водопоглощения и разбухания, а также другие требования.
Древесно-волокнистые плиты обоих способов производства учитывают в квадратных метрах с указанием толщины плиты. Твердые плиты износостойки, легко подвергаются склеиванию и отделке [23]. Согласно ГОСТ 8904—81 выпускают плиты с лакокрасочным покрытием на лицевой поверхности. Созданы технологии изготовления специальных видов плит: биостойких, огнестойких, битумированных, профилированных и т.д. В МГУЛ разработаны технологии производства малотоксичных плит. Выпускаются плиты, облицованные шпоном, пластиком, пленками. В последнее время, особенно за рубежом, быстро развивается производство плит с равномерной по толщине плотностью. Эти плиты получи-. ли обозначение МДФ (Medium Density Fiberboards).
Массы древесные прессовочные (МДП). Это смеси, точнее, готовые композиции, полученные в результате совместной обработки частиц древесины и синтетических смол. МДП предназначаются для изготовления методом горячего прессования деталей машин, строительных деталей и товаров народного потребления. Таким способом изготовляют втулки, блоки, шкивы, подоконные доски и т. п.
Согласно ГОСТ 11368 — 79 массы древесные прессовочные подразделяются на три типа: МДПК — из частиц шпона (крошки), МДПС — из стружки, МДПО — из опилок. В стандарте приведены основные компоненты смеси каждой марки, технические требования к ним и методы испытаний. Для контрольной проверки качества массы из нее по указанным в стандарте режимам изготовляют (прессованием) образцы. По этим образцам определяют ряд физико-механических свойств: плотность, прочность, твердость, влагопоглощение, теплостойкость, масло-, бензино- и кислото-поглощение и др. Масса транспортируется в ящиках или мешках, учитывается в килограммах.
Композиции древесно-клеевые. Эти смеси состоят из измельченной древесины и связующего, предназначены для изготовле
236
ния формованной тары. Для приготовления смеси используют стружку длиной от 10 до 20 мм, шириной от 1 до 3.5 мм и толщиной от 0,1 до 0,4 мм из древесины хвойных и мягких лиственных пород, а также связующее на основе карбамидоформальдегидных смол. В качестве гидрофобной добавки применяют парафин. По формованным образцам определяют плотность, твердость, ударную вязкость и разбухание. Транспортируют смесь в мешках, учитывают в килограммах.
Арболит. Это строительный материал, относящийся к категории легких бетонов. В состав арболитовой смеси входят органический заполнитель, цементное вяжущее, химические добавки и вода. В качестве органического заполнителя используют дробленые отходы лесозаготовительной, лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Ветви, сучья, вершинки, горбыли, рейки, срезки из сосны, ели, пихты, березы, бука, осины, тополя сначала перерабатывают в щепу, затем щепу на молотковых мельницах превращают в дробленку. Длина частиц не более 40 мм, толщина — 5 мм, ширина — 10 мм. Сырье не должно содержать примеси коры, хвои, листьев более 5 %. Вместо древесного заполнителя можно использовать измельченные стебли хлопчатника, рисовую соломку, костру льна и конопли.
В качестве вяжущего применяют портландцемент. Для нейтрализации действия водорастворимых веществ, замедляющих процессы схватывания и твердения цемента, а также снижающих прочность материала, в арболитовую массу вводят минерализаторы: хлористый кальций, жидкое стекло и сернокислый глинозем совместно с известью. Вводятся и другие химические добавки. Из арболита получают элементы строительных конструкций, стеновые панели, несущие блоки и др.
Арболитовые изделия разделяются на теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные, они могут изготавливаться с металлической арматурой. Согласно ГОСТ 19222 — 84 теплоизоляционный арболит имеет плотность от 400 до 500 кг/м3, а конструкционный — от 500 до 850 кг/м3. По прочности теплоизоляционный арболит делится на классы В 0,35; В 0,75; В 1 (предел прочности на сжатие от 0,5 до 1,5 МПа), а конструкционный — на классы В 1,5; В 2; В 2,5; В 3,5 (предел прочности от 2,5 до 5 МПа). Коэффициент теплопроводности у теплоизоляционного арболита 0,08...0,095, а у конструкционного 0,105...0,17 Вт/м-°С.
Арболит био-, морозо- и огнестоек, обладает хорошими звуке- и теплоизоляционными свойствами, удерживает гвозди. Особенно экономически эффективно использование арболита для строительства малоэтажных зданий в сельской местности [29].
Фибролит. Это строительный материал, изготовленный из смеси древесной стружки, портландцемента и химических добавок. Для фибролита из древесины преимущественно хвойных пород
237
изготовляют стружку толщиной от 0,25 до 0,5 мм, шириной от 2 до 6 мм. Стружку смешивают с вяжущим и добавками (хлористым кальцием, жидким стеклом и др.), затем смесь формуют и прессуют. Согласно ранее действовавшему ГОСТ 8928 — 81 фибролитовые плиты выпускали трех марок: Ф-300 — теплоизоляционные; Ф-400 — теплоизоляционно-конструкционные и звукоизоляционные; Ф-500 — конструкционно-теплоизоляционные и звукоизоляционные (цифры в марке указывают плотность плит, кг/м3). Плиты изготовляли длиной 2400 и 3000 мм, шириной 600 и 1200 мм и толщиной от 30 до 150 мм. Предел прочности плит при изгибе составляет 0,35... 1,3 МПа. В стандарте были указаны нормы для модуля упругости, теплопроводности, водо- и звукопоглощения. Фибролитовые плиты легко обрабатываются, био- и огнестойки, удерживают гвозди и имеют ряд других достоинств. Применяются они для строительства каркасных домов.
Плиты цементно-стружечные (ЦСП). Это сравнительно новый строительный материал, который изготовляют прессованием древесных частиц (таких же, как для ДСтП) с портландцементом и химическими добавками. Плиты предназначаются для ограждающих конструкций деревянных домов, элементов полов и других строительных деталей.
В соответствии с ГОСТ 26816—86 выпускают плиты двух марок: ЦСП-1 и ЦСП-2 — в зависимости от уровня физико-механических показателей. Толщина плит 8...40 мм, длина 3200 и 3600 мм, ширина 1200 и 1250 мм. Плотность плит от 1100 до 1400 кг/м3, предел прочности при изгибе для ЦСП-1 составляет 9... 12 МПа, а для ЦСП-2 — 7...9 МПа. С увеличением толщины плиты прочность снижается. Регламентированы показатели и других физикомеханических свойств. Учитывают плиты в квадратных метрах. Цементно-стружечные плиты водо-, морозо-, био-, огнестойки, нетоксичны, хорошо обрабатываются.
Ксилолит. Это строительный материал, состоящий из смеси опилок или древесной муки с магнезиальным вяжущим. Используется в виде плиток для покрытия полов, отделки стен и других целей. Ксилолит — износостойкий, негорючий, водоупорный материал высокой прочности.
Другие виды композиционных материалов из измельченной древесины и технологии их изготовления описаны в руководстве [12].
13.3.	Модифицированная древесина
Модифицированной называют цельную древесину с направленно измененными физическими или химическими методами и свойствами. Согласно ГОСТ 23944 — 80 и ГОСТ 24329—80 разли
238
чают пять основных способов модифицирования и соответствующие виды продукции.
Древесину термомеханической модификации называют еще прессованной древесиной (ДП). При прессовании предварительно пропаренной или нагретой древесины обычно в плоскости поперек волокон происходит изменение макроструктуры древесины, увеличение плотности и улучшение показателей связанных с ней свойств. Работы по термомеханической модификации, проведенные Воронежским лесотехническим институтом (ныне ВГЛТА) и другими организациями, позволили предложить различные технологические процессы и приемы получения уплотненной древесины.
Прессованную древесину целесообразно получать, используя мягкие лиственные породы, а в ряде случаев хвойные и даже твердые лиственные породы. Требования к сырью для изготовления ДП регламентированы ГОСТ 23551 — 79. Марки, размеры и показатели физико-механических свойств заготовок брускового и доскового типа, а также цилиндров, втулок и т.д. из прессованной древесины установлены ГОСТ 24588 — 81 и ГОСТ 9629—81. Плотность ДП 800... 1350 кг/м3.
Прессованная древесина имеет в несколько раз большую прочность, твердость и ударную вязкость, чем натуральная, обладает достаточно хорошими антифрикционными свойствами и может быть использована для изготовления подшипников вместо бронзы, баббита и других металлов. Прессованная древесина хорошо гасит вибрации, имеет способность поглощать абразивные частицы, что предохраняет от повреждения валы. В воде прессованная древесина разбухает, и задержанные деформации возвращаются. Однако в некоторых случаях разбухание и распрессовка ДП мотут оказаться полезными, например, в уплотнительных устройствах гидравлических машин. Прессованная древесина применяется для изготовления втулок опорных катков, шестерен, паркета и других целей. Прессованную древесину можно дополнительно модифицировать, наполняя ее маслами, металлами, полимерами, главным образом с целью улучшения ее свойств как антифрикционного материала.
При химико-механической модификации древесину предварительно (или одновременно) обрабатывают аммиаком, мочевиной или другими веществами, а затем уплотняют. Институтом химии древесины АН Латвии разработана технология получения лигнамона — материала из древесины, подвергнутой обработке аммиаком, прессованию и сушке. Предварительная химическая обработка вызывает изменение свойств клеточных стенок, древесина пластифицируется, ей легко придать новую форму. Пластифицированная аммиаком древесина поглощает воду, разбухает и распрессовывается. Воздействием повышенной темпе
239

ратуры можно уменьшить эти недостатки. Показатели физико-механических свойств заготовок из лигнамона приведены в ГОСТ 9629-81.
Из цельной пластифицированной аммиаком прессованной древесины изготовляют детали мебели, паркет, музыкальные инструменты. Модифицированную мочевиной прессованную древесину (дестам) используют для покрытия полов.
Древесина термохимической модификации — это материал, получаемый пропиткой древесины мономерами, олигомерами или смолами и последующей термообработкой для полимеризации или поликонденсации пропитывающего состава.
В некоторых случаях наблюдается химическая прививка модификатора к полимерным компонентам древесины. Древесину пропитывают чаще всего фенолформальдегидными смолами, например в виде водного раствора фенолоспиртов, смолами фуранового типа, полиэфирными смолами и др. Работы по термохимической модификации проведены в БелТИ, Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций (ЦНИИСК) и других организациях.
Модификация древесины синтетическими смолами снижает ее гигроскопичность, водопоглощение и водопроницаемость, уменьшает разбухание, повышает прочность, жесткость и твердость, но часто снижает ударную вязкость. Разработаны рецептуры смол, которые позволяют получить необходимое улучшение свойств без увеличения хрупкости материала; созданы трудногорючие и био-стойкие материалы. Модифицированная термохимическим способом древесина используется в строительных конструкциях, мебельном, лыжном производствах.
При модификации древесины радиационн о-х и м и ч е с к и м способом полимеризация введенных в древесину веществ происходит под воздействием ионизирующих излучений. Древесину пропитывают метилметакрилатом, стиролом, винилацетатом, акрилонитрилом и другими мономерами, а также их смесями. Работы, проведенные в филиале Физико-химического института им. В. Л. Карпова, показали, что такой способ модификации улучшает формо-устойчивость, механические и эксплуатационные свойства древесины. Модифицированная древесина используется для изготовления паркета, деталей машин и других целей.
При химической модификации древесину подвергают обработке аммиаком, уксусным ангидридом или другими веществами, изменяющими ее тонкую структуру и химический состав. Обработка аммиаком повышает податливость древесины, под его воздействием древесина самоуплотняется при сушке, изменяет цвет. Обработку уксусным ангидридом проводят с целью ацетилирования древесины, т. е. введения ацетильных групп в состав ее химических компонентов. У ацетилированной древеси
240
ны незначительно изменяются механические свойства, но существенно снижаются водо- и влагопоглощение, разбухание и усушка. Ацетилированную древесину целесообразно использовать для изготовления изделий повышенной формоустойчивости. Работы в области ацетилирования древесины проведены в Латвийской сельскохозяйственной академии.
Более подробные сведения о свойствах древесины, подвергнутой модифицированию всеми рассмотренными способами, изложены в работах [18, 22] и ряде других публикаций.
13.4.	Методы испытаний композиционных древесных материалов и модифицированной древесины
Слоистая клееная древесина. Правила отбора образцов и общие требования при испытаниях этого вида материалов установлены в ГОСТ 9620 — 94. Испытания с целью определения плотности, во-допоглощения, влагопоглощения и объемного разбухания проводят методами, изложенными в ГОСТ 9621—72. Такие механические характеристики, как предел прочности и модуль упругости при растяжении и сжатии, предел прочности при скалывании и статическом изгибе, ударную вязкость, определяют по ГОСТ 9622 —87...ГОСТ 9626—90. При испытаниях на твердость, теплостойкость и маслостойкость используют ГОСТ 9627.1 — 75, ГОСТ 9627.2 — 75, ГОСТ 9627.3—75. Способность к изгибу, формоус -тойчивость и изменение линейных размеров в зависимости от влажности воздуха определяют по ГОСТ 18066 — 72, ГОСТ 18087 — 72, ГОСТ 18068-72.
Фанера общего назначения. Влажность определяют с помощью образцов площадью в плане не менее 25 см2. Процедура испытаний такая же, как для малых образцов древесины.
Прочность при скалывании по клеевому слою определяют путем испытаний по схеме, приведенной на рис. 13.1. Образец шириной b = 40 мм и длиной I = 95 мм (/2 = 20 мм) пропиливают на глубину двух или более слоев. Длина скалываемой части Ц составляет 12,5 мм. Образец размещают в приспособлении, прижимая к упорной планке. Усилия передают через захваты, доводят образец до разрушения за 0,5... 1 мин и, определив максимальную нагрузку Ртах, Н, рассчитывают предел прочности, МПа,
гск=^.	(13.1)
Испытания образцов фанеры ФСФ проводят после кипячения в воде в течение 1 ч, фанеры ФК — после вымачивания в воде в течение 24 ч. Шероховатость фанеры определяют по ГОСТ 15612-85.
9 Уголев
241
Рис. 13.1. Схема испытания фанеры на скалывание:
1 — образец; 2 — упорная планка; 3 — захват
Массивная клееная древесина. Для этого вида композиционных материалов проводятся испытания только самого клеевого соединения. Клеевые соединения испытывают на прочность при скалывании вдоль волокон, раскалывании клиньями, растяжении клеевых торцовых соединений впритык, статическом изгибе и растяжении зубчатых клеевых соединений (ГОСТ 15613.1 — 84...ГОСТ 15613.5 — 79). Кроме того, клеевые соединения испытывают на теплостойкость, морозостойкость (ГОСТ 18446—73) и атмосферостойкость (ГОСТ 19100 — 73), определяя прочность при скалывании вдоль волокон после соответствующих воздействий.
Комбинированная клееная древесина. У столярных плит, представляющих этот вид материалов, влажность, а также предел
прочности при скалывании по клеевому слою и статическом изгибе определяют теми же методами, что и у слоистой клееной древесины. Шероховатость определяют по ГОСТ 15612-85.
Древесно-стружечные плиты. На методы испытаний ДСтП разработано много нор-
мативных документов. Общие правила подготовки и проведения физико-механических испытаний, а также сами методы определения физических свойств (влажности, плотности, разбухания по
толщине, водопоглощения), предела прочности и модуля упругости при изгибе, предела прочности при растяжении перпенди-
кулярно пласти плиты, удельного сопротивления выдергиванию гвоздей и шурупов регламентированы ГОСТ 10633—78...ГОСТ 10637 — 78. Удельное сопротивление нормальному отрыву наружного слоя определяют по ГОСТ 23234—78; ударную вязкость — по ГОСТ 11842—76; твердость — по ГОСТ 11843—76, а поко-робленность — по ГОСТ 24053 — 80. Кроме того, имеется ряд методов испытаний, на которые разработаны отраслевые стан
дарты, технические условия и руководящие технические материалы (РТМ).
Влажность определяют сушильно-весовым методом по образцам площадью в плане не менее 25 см2.
Плотность определяют при нормализованной влажности как отношение массы образца размерами 100* 100* А (А — толщина плиты), мм, к объему, найденному после измерений его длины,
ширины, толщины.
242
Рис. 13.2. Схема испытания древесно-стружечных плит на растяжение перпендикулярно пласти:
1 — образец; 2 — колодки; 3 — захваты
В о д о п о г л о щ е н и е и разбухание, %, определяют на таких же образцах после 24 ч вымачивания при температуре 20 °C как приращение массы или размера по толщине, отнесенное к массе или толщине образца до увлажнения.
Пр очность при растяжении перпендикулярно пласти плиты определяют на квадратных в плане образцах со стороной 50 мм. К образцу под захваты (рис. 13.2) приклеивают профильные колодки (с пазом) из твердой древесины, металла или прямые колодки из ДСтП. Доводят образец до разрушения и, установив Ртах, по формуле (4.5) вычисляют предел прочности, МПа.
Прочность при изгибе определяют на образцах шириной Ь = 75 мм и длиной, равной 25-кратной номинальной толщине h плиты плюс 50 мм. Образец нагружают посередине пролета I = 25Л. Продолжительность нагружения 1,5 мин. Установив Ртах, по формуле (4.8) вычисляют предел прочности, МПа.
Твердость определяют таким же способом, как статическую твердость древесины, однако в данном случае диаметр индентора (металлического шарика) равен 10 мм. При испытаниях устанавливают усилие, необходимое для вдавливания шарика на глубину 2 или 1 мм. Показателем твердости, как и для древесины, служит отношение нагрузки к площади проекции отпечатка. Шероховатость измеряют согласно ГОСТ 15612—85, используя чаще всего профилографы.
Древесно-волокнистые плиты. Все немногочисленные методы испытаний древесно-волокнистых плит регламентированы специализированным ГОСТ 19592 — 80. Только определение теплопроводности мягких плит проводят согласно общему для строительных материалов ГОСТ 7075 — 87.
Влажность определяют сушильно-весовым способом на образцах размерами в плане 100х 100 мм. Плотность при нормализованной влажности определяют как у ДСтП. Водопоглощение определяют на таких же образцах после вымачивания в воде в течение 2 ч или 24 ч (в зависимости от марки плиты). Разбухание по толщине определяют одновременно с испытанием на водопоглощение. Прочность древесно-волокнистых плит при изгибе определяют так же, как у ДСтП.
243
Арболит. Две основные физико-механические характеристики арболита — плотность и предел прочности на сжатие — устанавливают путем испытания образцов в виде куба размерами 150 х 150* 150 мм. Влажность определяют сушильно-весовым методом по навеске начальной массой около 100 г. Для установления коэффициента теплопроводности (как и у ДВП) проводят испытания согласно ГОСТ 7076—87.
Модифицированная древесина. Стандартизованы методы испытаний только прессованной древесины. Они принципиально не отличаются от методов испытания натуральной древесины. Основное различие в размерах образцов; за базисное принято сечение 15x15 мм.
Для прессованной древесины разработаны ГОСТ 21523.3—76... ГОСТ 21523.11 — 76, охватывающие методы определения температуропроводности, теплопроводности и теплоемкости, влажности, водо- и влагопоглощения, истирания, плотности, модулей упругости при изгибе, сжатии, растяжении. Определение ударной вязкости проводят по ГОСТ 20571 — 75, а давление набухания и линейное разбухание находят по ГОСТ 21312—75 и ГОСТ 21313 — 75.
Контрольные вопросы
1.	Назовите наиболее распространенные виды клееной древесины.
2.	Назовите марки и сорта фанеры общего назначения.
3.	Чем отличаются фанерные плиты от листовой фанеры?
4.	Что такое древесно-слоистые пластики?
5.	Назовите марки столярных плит.
6.	Чем отличаются древесно-стружечные плиты от древесно-волокнистых?
7.	Приведите условные обозначения ДСтП и объясните содержание символов.
8.	Назовите два способа производства ДВП. В чем их отличия?
9.	Что такое арболит и фибролит?
10.	Назовите цели и способы модификации древесины.
Глава 14
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ ТОВАРЫ
В отдельную группу выделяют потребительские товары, получаемые из срубленных и растущих деревьев. Эта весьма разнообразная группа включает в себя продукты, изделия и конструкции, которые можно получить или изготовить в условиях лесохозяйственных и лесозаготовительных предприятий. Для получения многих товаров используют мелкие лесоматериалы и отходы.
244
14.1.	Изделия, материалы и продукты хозяйственного назначения
Сани. В зависимости от назначения различают сани-дровни с окованным и нескованным полозом, сани-дровни с платформой и окованным полозом и сани-розвальни с окованным и нескованным полозом.
Сани-розвальни (рис. 14.1) состоят из полозьев, копылов, нахлесток, головок полоза, распорок передка, распорок нахлестки, грядок кресел, подрезов и оглобель. Сани-дровни отличаются отсутствием грядок, распорок передка и нахлестки. Грузоподъемность саней составляет от 600 до 1000 кг; ширина колеи — от 520 до 720 мм; общая высота 760... 1000 мм; длина платформы 1200... 1300 мм.
Рис. 14.1. Сани-розвальни:
I — копыл; 2 — полоз; 3 — подрез; 4 — нахлестка; 5 — головка полоза; 6 — грядка кресел; 7 — оглобля; 8 — распорка предка; 9 — распорка нахлестки; Н — высота саней; Hi — высота платформы; L — длина саней; В — ширина колеи
245
Санный полоз может быть цельногнутым, гнутостыкованным, цельным с гнутоклееной головкой, гнутоклееным. Форма сечения заготовок полукруглая, прямоугольная или трапецеидальная. Заготовки получают отесыванием, расколкой или пилением тонкомерных кряжей. Размеры полоза: длина 2200...2600 мм, ширина подошвы 60... 130 мм, толщина рабочей части 80...НО мм, толщина головки на конце не менее 50 мм, высота головки от подошвы полоза 660...900 мм.
Полоз изготовляют из древесины березы, клена, дуба, ясеня, вяза, ильма; для гнутоклееного полоза можно использовать осину и сосну. Остальные детали саней преимущественно изготовляют из древесины твердых пород; для некоторых деталей используют древесину сосны, ели, лиственницы, а для вязок копылов — березовые, черемуховые, ивовые, вязовые прутья. Нормы допускаемых пороков и другие данные приведены в РСТ РСФСР 138 — 81.
Конные повозки. Изготовляют одноконные повозки грузоподъемностью 0,75 т и пароконные на 1,5 т, с кузовом и без кузова. В конструкцию одноконной повозки входят колеса, надосники, подушки, оглобли, оси и ряд других металлических деталей. Колесо повозки состоит из обода, спиц, ступиц и металлической шины (рис. 14.2). Обод может быть цельным или составным из полуободов и косяков.
Рис. 14.2. Детали колес конных повозок:
а — заготовка гнутого обода с запахом; б — колесо из цельногнутого обода; в — колесо из косяков; г — ступица; 1 — обод; 2 — спица; 3 — ступица; 4 — шина
2-46
Деревянные заготовки для колес бывают четырех типов: 1-го типа — круглые, предназначенные для изготовления ступиц;
2-го типа — брусковые, предназначенные для изготовления гнутого обода, гнутопрессованного полуобода, косяков и спиц. Длина заготовок от 300 до 4000 мм, ширина 50...70 мм;
3-го типа — гнутые, предназначенные для изготовления обода и косяков. Толщина заготовок 55... 60 мм, ширина 50... 75 мм, внутренний диаметр обода 450, 540, 720, 900 мм; радиус внутренней кривизны 245, 290, 380, 470 мм; длина дуги по выпуклой стороне полуобода 1030... 1730 мм, а косяка — 500... 1800 мм;
4-го типа — гнутопрессованные, предназначенные для изготовления полуобода и косяков тех же размеров.
Для изготовления заготовок первых трех типов используют древесину твердых лиственных пород, а для заготовок 4-го типа, кроме того, древесину сосны, ели, лиственницы и осины. Нормы допуска пороков регламентированы ГОСТ 2800 — 83.
Ящики дощатые. Ящики изготовляют следующих видов: для грузов до и более 500 кг, разового пользования (ГОСТ 2991 — 85, ГОСТ 10198—91) и многооборотного пользования (ГОСТ 9396—88). В хозяйстве применяют ящики дощатые для овощей, фруктов и ягод (ГОСТ 20463—75); многооборотные ящики для продукции пищевой промышленности изготовляют по ГОСТ 11354—93, для консервов и пресервов — по ГОСТ 13358 — 84.
Дощатый ящик имеет две боковые и две торцовые стенки, а также дно и крышку (рис. 14.3). Торцовые щиты состоят из двух планок и нескольких дощечек; остальные щиты могут также собираться на планках. Размеры и число деталей для каждого типоразмера ящика приведены в соответствующих стандартах.
Ящики для грузов массой до 500 кг имеют следующие размеры деталей: толщина дощечек боковых стенок, дна и крышки 4, 6, 8, 10, 13, 16, 19, 22, 25 мм и для решетчатого ящика 32 мм; толщина дощечек торцовых стенок 13, 16, 19, 22, 25, 32 мм; ширина дощечек 40...70 мм, а длина от 320 до 1300 мм; поперечные сечения планок, а также раскосов и ручек 13*40; 16*50; 19*50; 22*60; 25*60; 32*60 мм.
Детали изготовляют из древесины большинства пород; допус-
Рис. 14.3. Элементы решетчатого ящика:
/ — планка; 2 — торцовая стенка; 3 — дно и крышка из дошечек; 4 — боковая стенка
247
кается использовать отходы пиломатериалов твердых лиственных пород. Влажность деталей ящиков в зависимости от их назначения и другие требования к качеству деталей указаны в стандартах.
Бондарные изделия. Эта изделия изготовляют из древесины ели, пихты, сосны, кедра, лиственницы, осины, липы, березы, дуба, бука, ясеня и клена.
Бочки в лесном хозяйстве используют для перевозки и хранения живицы, меда, соков, замороженных и моченых плодов и ягод, а также для других целей. Бочки подразделяются на заливные (неэмалированные и эмалированные) и сухотарные. Не допускается применять березовую древесину для изготовления заливных бочек, а древесину сосны — для бочек под пищевые продукты. Обычно бочки изготовляют вместимостью от 5 до 250 л.
По сроку службы различают бочки многооборотные и обычные. Многооборотная заливная бочка для вина, пива, соков вместимостью 15 или 25 л, изготовленная по действовавшему ГОСТ 11288 — 75, показана на рис. 14.4. Она состоит из остова, съемного и коренного доньев, металлических обручей и других деталей.
Клепка для изготовления бочек подразделяется на два вида: боковик и донник. Для бочек вместимостью от 15 до 250 л длина боковика находится в пределах от 284 до 800 мм, ширина 50... ПО мм, толщина 16...22 мм; длина донника 200... 680 мм, ширина 50... 180 мм, толщина 16... 22 мм. К качеству древесины, особенно для изготовления заливных бочек, предъявляются весьма высокие требования [13].
Кадки, ушаты и лагуны представляют собой открытые емкости разной вместимости. Они изготовляются из древесины тех же пород, что и бочки. Цветочницы — открытые емкости вместимостью 5... 30 л, изготовляются в основном из древесины осины, липы, ели и пихты. К качеству древесины для открытых
Рис. 14.4. Многооборотная бочка: 1 — клепка остова; 2 — уторный обруч; 3 — пучковый обруч; 4 — заклепка; 5 — клин; 6 — съемное дно; 7 — ручка; 8 — уплотнительная прокладка; 9 — запорное кольцо; 10 — коренное дно; D, Н, d — габаритные размеры бочки; Р|, Л, d, — внутренние размеры бочки
248
емкостей предъявляются примерно такие же требования, как и для бочек. Однако в отличие от бочек в них допускается смешение пород в одном изделии, а именно, осины с липой, ели с пихтой. Нормы допускаемых пороков приведены в РСТ РСФСР 161 — 88.
Срубы для жилых домов, садовых домиков. В комплект входят собственно сруб, а также приклад (балки, стропила, переводы и слеги). Срубы для жилых домов изготовляют как из бревен, так и из брусьев хвойных и лиственных пород, а для садовых домиков — преимущественно из круглых лесоматериалов хвойных и лиственных (осина) пород. Для приклада используют и бревна, и пиломатериалы. Диаметр бревен для срубов жилых домов 22... 24 см, а для садовых домиков 14...24 см. Сечение брусьев для срубов жилых домов 150x150 мм; сечение брусков приклада садовых домиков 70x70 мм. Диаметр стропильных ног приклада жилых домов 14... 16 см, а балок полового и чердачного перекрытия 24...26 см.
Соединение (рубка) углов сруба осуществляется «в лапу», «в обло» или другим способом. Бревна срубов должны быть полностью отесаны и иметь по всей длине паз шириной не менее 11 см для жилых домов и не менее 4 см для садовых домиков. Влажность древесины срубов жилых домов должна быть не более 22 %, у срубов для садовых участков влажность не нормируется. Хранят срубы на открытом воздухе в разобранном или в неразобранном виде [13].
Кровельные материалы. Это сравнительно дешевые и достаточно долговечные материалы из древесины хвойных и лиственных пород, а также отходов лесопиления и деревообработки.
Дощечки кровельные обычно изготовляют из сосны, ели, пихты, кедра, осины и тополя. Размеры дощечек: длина 500... 1000 мм, ширина 60... 100 мм, толщина 5... 10 мм. К качеству древесины предъявляются высокие требования: не допускаются гнили, сучки (креме здоровых сросшихся), пасынки и другие пороки.
Гонт кровельный — дощечки с пазом (рис. 14.5) — изготовляют из древесины тех же пород. Размеры гонта: длина 500, 600, 700 мм, ширина 70... 120 мм, толщина со стороны паза (шпунта) 13... 15 мм, а со стороны пера 2... 3 мм; глубина шпунта 12 мм, ширина 5 мм. Требования к качеству древесины более высокие, чем для кровельных дощечек.
Щ епа (дрань) кровельная изготовляется из древесины тех же пород, что и гонт. Раз-
Рис. 14.5. Гонт кровельный
249
меры щепы: 350...500 мм, ширина 50...200 мм, толщина 2...5 мм. Требования к качеству щепы такие же, как у гонта. Для штукатурных работ при строительстве домов изготовляют дрань штукатурную (см. п 12.1).
Штакетник. Для штакетника, применяемого для изготовления изгородей, используют низкосортную древесину хвойных и лиственных пород, отходы лесопиления. По форме поперечного сечения различают штакетник прямоугольный и сегментный (с закругленными торцами). Размеры штакетника прямоугольного сечения: длина от 800 до 1500 мм, ширина 50 мм, толщина 25 мм. Размеры сегментного штакетника: длина такая же, как у штакетника прямоугольного сечения, ширина пб хорде 44 мм, высота сегмента 22 мм.
Кормушки. Используются для кормления животных и птиц, изготовляются из древесины хвойных и лиственных пород. Для крупного рогатого скота различают кормушки двух типов. Кормушки прямоугольной формы имеют длину 3000 мм, ширину 270 мм, высоту передней и боковых стенок 250 мм, а задней стенки — 350 мм. Кормушки трапецеидальной формы изготовляют длиной 288 мм, шириной дна 250 мм, высотой по отвесу 200 мм. Толщина стенок 30 мм. Для поросят и птицы изготовляют кормушки индивидуальные и групповые.
Топорища. Предназначены для насадки лесорубочных, сучко-рубных и строительных топоров, а также колунов. Топорища изготовляют из березы (комлевой части ствола), ясеня, клена, вяза, бука, граба. Для лесорубочных и сучкорубных топоров, а также колунов, кроме того, используют древесину кизила.
Длина топорищ: для лесорубочных топоров 750...900 мм, для сучкорубных топоров и колунов 600...800 мм, для строительных топоров 370, 400, 500 и 550 мм. Нормы допуска пороков приведены в ГОСТ 1400-91 и ТУ 13-204-74.
Грабли деревянные. Применяются для сгребания сена и соломы. Для изготовления черенков используют лесоматериалы хвойных и лиственных пород; для колодок и зубьев — отходы лесоматериалов твердых лиственных пород. Размеры и требования к качеству древесины приведены в ОСТ 52-56—81.
Лопаты деревянные. Штыковые, совковые и лопастные лопаты состоят из полотна, черенка и крепежных деталей. Полотно изготовляют из цельной древесины хвойных и лиственных пород, а также из фанеры. Размеры и требования к качеству лопат изложены в ОСТ 56-49—91.
Черенки. Применяются для насадки железных лопат, кос, грабель, кувалд, слесарного и столярного инструмента. Для изготовления черенков используется мелкотоварная древесина хвойных и лиственных пород от рубок ухода за лесом. Черенки для кузнечных кувалд изготовляют из древесины твердых лиственных пород,
250
для кос — из хвойных пород. Размеры и требования к качеству черенков приведены в ОСТ 13-16—78.
Метлы хозяйственные. Их изготовляют из прута березы, ивы, вяза и некоторых других пород согласно требованиям ОСТ 56-50-81.
Ивовый белый и зеленый прут. Предназначенный для изготовления лозовых плетеных изделий прут заготавливают из однолетних побегов весной в период сокодвижения. Длина прута не менее 350 мм, диаметр в комле 3... 10 мм [13].
Дрова для отопления. По теплоте сгорания дрова делятся на три группы. К первой группе относятся дрова из березы, бука, ясеня, граба, ильма, вяза, клена, дуба и лиственницы; ко второй — из сосны, ольхи; к третьей — из ели, кедра, пихты, осины, липы, тополя и ивы. Длина дров 0,25; 0,33; 0,50; 0,75 и 1,00 м; толщина 3 см и более. Дрова длиной 1 м и менее и толщиной от 16 до 26 см должны раскалываться на две части; толщиной от 28 до 40 см — на четыре части, а толщиной 42 см и более — на такое количество частей, чтобы в каждой из них линия раскола по торцу не превышала 22 см. Более подробно сведения о дровах изложены в ГОСТ 3243-88.
Дрова-топорник. Их заготавливают из сучьев и хвороста хвойных и лиственных пород длиной 1... 2 м и диаметром 2... 5 см. Требования к этому виду топлива приведены в ТУ РСФСР 39—80.
14.2.	Изделия культурно-бытового назначения
На лесохозяйственных и лесозаготовительных предприятиях можно вырабатывать разнообразную продукцию указанного назначения. Номенклатура продукции насчитывает сотни изделий. Ниже указываются некоторые из этих изделий:
простейшая мебель — табуреты, полки, этажерки и т.д.;
кухонные наборы — включают разделочные доски, скалки для раскатки теста, толкушки, молотки для отбивки мяса, веселки для взбивания крема и т.д.;
доски кухонные. Доски разделочные для теста изготовляют из мягких лиственных пород; для чистки и разделки мяса, рыбы, овощей — из древесины твердых лиственных пород;
л о ж к и — изготовляют из свежесрубленной древесины лиственных пород;
кухонные корыта — изготовляют из березовых брусковых заготовок. Требования к этим изделиям изложены в РСТ РСФСР 219-71А;
прищепки для белья — изготовляют из отходов древесины хвойных и лиственных пород. Нормы допускаемых пороков и другие требования указаны в ОСТ 13-39—80;
251
коромысла — изготовляют из древесины твердых лиственных пород. По величине изгиба различают плоские и глубокие коромысла;
решетки для ванных комнат — изготовляют из низкосортной древесины и отходов лесопиления;
резные изделия — предметы домашнего обихода, украшения, сувениры, имеющие элементы художественной резьбы. Для этих изделий применяют древесину липы, березы, клена, осины, рябины, тополя и других пород. При изготовлении скульптур используют сучья, ветви, корни, кору, наросты;
плетеные изделия — изготовляют из ивового прута, лент и полосок древесины. К этим изделиям относятся корзины овощные, фруктово-ягодные, базарные, дачная мебель;
веники и мочалки банные. Веники изготовляют из веток с зелеными листьями обычно березы и дуба (ОСТ 56-53—81), мочалки — из луба коры липы (мочала).
Контрольные вопросы
1.	Какие транспортные средства изготовляют из древесины?
2.	Назовите бондарные изделия.
3.	Назовите виды ящиков из древесины.
4.	Назовите основные размеры сечений несущих элементов срубов домов.
5.	Какие кровельные материалы изготовляют из древесины?
6.	Назовите материалы для изготовления плетеных изделий.
7.	Какие материалы используются для резных изделий?
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ ДРЕВЕСИНЫ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПОРОД
I. Группы древесных пород. Здесь описаны признаки макроскопического строения древесины, на основании которых можно отнести определяемую древесину к одной из трех групп пород: хвойным, лиственным кольцесосудистым или лиственным рассеянно-сосудистым.
А. Годичные слои хорошо заметны у всех пород. Сосудов нет. Сердцевинные лучи не видны. Древесина некоторых пород имеет смоляные ходы... хвойные (группа А).
Б. Годичные слои из-за разницы в строении ранней и поздней древесины хорошо заметны. Расположенные в ранней зоне годичных слоев крупные сосуды образуют на поперечном разрезе сплошное кольцо отверстий, хорошо видимое невооруженным глазом. В плотной темной поздней зоне слоев заметны скопления мелких сосудов и паренхимных клеток в виде светлых радиальных полосок, волнистых линий вдоль границы годичных слоев, отдельных черточек или точек. У большинства пород видны сердцевинные лучи. Все породы ядровые... кольцесосудистые лиственные (группа Б).
В. Годичные слои у большинства пород видны недостаточно четко. Сосуды, если они заметны, на поперечном разрезе не образуют сплошного кольца. Поздняя зона годичного слоя не имеет рисунка. У некоторых пород видны сердцевинные лучи... рассеянно-сосудистые лиственные (группа В).
II. Древесные породы. В этой части содержатся признаки, по которым можно определить породу. Все пункты данной части определителя имеют свой порядковый номер. В каждом пункте имеются два абзаца: в первом перечислены одни признаки, во втором противоположные им. В конце каждого абзаца после отточия стоит цифра, указывающая пункт, к которому следует обратиться далее, или название породы, а иногда и вид.
А. Хвойные породы
1.	Ядро есть. Древесина ядра светло-розового, желтовато-розового, буровато-красного и красновато-бурого цвета заметно отличается от заболони светлого цвета... 2.
Ядра нет. Древесина белого цвета... 4.
2.	Поздняя древесина годичных слоев резко отличается более темным цветом от ранней... 3.
253
Поздняя древесина годичных слоев слегка отличается более темным цветом от ранней. Переход от ранней к поздней древесине постепенный, растушеванный. Древесина ядра светло-розовая или желтовато-розовая. Заболонь широкая, желтовато-белая. Переход от заболони к ядру плавный. Смоляные ходы крупные и довольно многочисленные. Древесина легкая и мягкая... сосна кедровая (кедр сибирский) — Pinus sibirica.
3.	Смоляные ходы мелкие и немногочисленные. На всех разрезах годичные слои древесины из-за резкой разницы в цвете темной поздней и более светлой ранней древесины четко выделяются. Ядро красновато-бурого цвета. Заболонь узкая, белая или желтоватая. Граница между ядром и заболонью резкая. Древесина твердая, тяжелая... листве н н ица — Larix.
Смоляные ходы довольно крупные и многочисленные. Годичные слои видны на всех разрезах. Граница между светлой и более темной поздней древесиной хорошо заметна. Ядро от розоватого до буровато-красного цвета... сосна обыкновенная — Pinus sylvestris.
4.	Смоляные ходы есть. Немногочисленные смоляные ходы заметны на поперечном разрезе. Годичные слои различаются на всех разрезах... ель.
Смоляных ходов нет. Древесина легкая... пихта — Abies.
Б. Кольцесосудистые лиственные породы
1.	Сердцевинные лучи (широкие) хорошо видны на поперечном и продольном разрезах. Древесина ядра желтовато-коричневого или темно-бурого цвета. Заболонь узкая светло-желтая, четко отграничена от ядра. Годичные слои из-за резкой разницы в строении ранней и поздней древесины четко выражены на поперечном разрезе. Поздняя древесина в отличие от ранней плотная и темная. На поперечном разрезе в поздней древесине видны радиальные пламевидные светлые полосы. Древесина тяжелая, твердая... дуб — Quercus robur.
Сердцевинные лучи на поперечном разрезе видны недостаточно четко или совсем незаметны... 2.
2.	На поперечном разрезе в поздней древесине годичных слоев видны светлые непрерывные волнистые линии, расположенные вдоль годичных слоев... 3.
На поперечном разрезе в поздней древесине видны отдельные светлые точки или короткие извилистые черточки (у внешней границы широких годичных слоев). Ядро светло-бурое. Заболонь широкая, желтовато-белая, постепенно переходит в ядро. Сердцевинные лучи слабо заметны только на строго радиальном разрезе в виде небольших черточек и точек. Древесина твердая и тяжелая... ясень обыкновенный — Fraxinus excelsior.
3.	На радиальном разрезе сердцевинные лучи более темного цвета, чем окружающая древесина, видны как короткие блестя
254
щие черточки, создающие характерную рябоватость. Ядро темнобурого цвета. Заболонь узкая, буровато-серая, хорошо отличается от ядра... ильм горный — Ulmus glabra.
Сердцевинные лучи по цвету мало отличаются от окружающей древесины и только по блеску слабо заметны на радиальном разрезе. Ядро светло-бурое. Заболонь широкая, желтовато-белая, постепенно переходит в ядро... вяз гладкий — Ulmus laevis.
В. Рассеянно-сосудистые лиственные породы
1.	Сосуды мелкие. На поперечном разрезе сосуды не видны... 2.
Сосуды крупные, хорошо видны на поперечном разрезе. Древесина ядра темная, коричневато-серая. Заболонь широкая, серо-вато-бурая, несколько светлее ядра. Переход от заболони к ядру постепенный. Годичные слои широкие, слегка извилистые, видны на всех разрезах. На продольных разрезах хорошо заметны сосуды в виде бороздок... орех грецкий — Juglans regia.
2.	На поперечном разрезе хорошо видны сердцевинные лучи... 3.
На поперечном разрезе сердцевинные лучи слабо видны или совсем неразличимы... 5.
3.	На поперечном разрезе видны многочисленные широкие сердцевинные лучи... 4.
На поперечном разрезе видны немногочисленные широкие (ложноширокие) матовые сердцевинные лучи. Есть и узкие сердцевинные лучи. На тангенциальном разрезе сердцевинные лучи хорошо заметны в виде темных узких, довольно длинных продольных полос. Ядра нет. Годичные слои различаются слабо. Древесина светло-красная или буровато-красная. Часто встречаются сердцевинные повторения в виде продольных узких бурых черточек. Древесина легкая, мягкая... ольха черная — Alnus glutinosa.
4.	Сердцевинные лучи на продольных разрезах темнее окружающей древесины и хорошо выделяются. На радиальном разрезе они четко видны как блестящие широкие полоски. На тангенциальном разрезе сердцевинные лучи также хорошо заметны в виде узких темных чечевицеобразных штрихов и создают характерный крапчатый рисунок. Ядра нет. Древесина белая с желтоватым или красноватым оттенком. Иногда встречается порок — ложное ядро красно-бурого цвета... бук восточный — Fagus orientalis.
Сердцевинные лучи (ложноширокие) на радиальном разрезе окрашены светлее окружающей древесины и заметны слабо. Ядра нет. Древесина серовато-белая с легким желтоватым оттенком. Годичные слои волнистые, неравномерной ширины, заметны на поперечном разрезе. Древесина тяжелая и твердая... граб обыкновенный — Carpinus betulus.
5.	Узкие сердцевинные лучи различимы простым глазом на одном, двух или трех разрезах... 6.
Сердцевинные лучи ясно не видны простым глазом ни на одном разрезе. Ядра нет. Древесина белая со слабым зеленоватым
255
оттенком. Иногда встречается порок — ложное ядро буроватого цвета. Годичные слои различимы на поперечном и тангенциальном разрезах. Встречаются сердцевинные повторения в виде желтых овальных пятен. Древесина мягкая, легкая... осина — Populus tremula.
6.	Узкие сердцевинные лучи видны на всех разрезах. Древесина белая с желтоватым или розоватым оттенком. Порода безъядровая. Иногда встречается порок — ложное ядро зеленовато-серой окраски. Годичные слои четко различимы на поперечном разрезе и заметны на продольных разрезах. На радиальном разрезе многочисленные сердцевинные лучи буроватого цвета с сильным блеском создают характерную рябоватость. Древесина тяжелая и твердая... клен остролистный — Acer platanoides.
Узкие сердцевинные лучи видны на двух или одном разрезе... 7.
7.	Узкие сердцевинные лучи заметны на поперечном срезе и более четко видны на радиальном разрезе... 8.
Сердцевинные лучи видны только на строго радиальном разрезе (лучше на поверхности радиального раскола) в виде узких коротких блестящих поперечных полосок. Порода безъядровая. Древесина белая с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои заметны слабо. На продольных разрезах часто встречаются сердцевинные повторения в виде бурых черточек или штрихов. Древесина тяжелая и твердая... береза — Betula.
8.	Древесина белая с легким розовым оттенком. Ядра нет. Годичные слои видны слабо. Древесина легкая и очень мягкая... липа мелколистная — Tilia cordata.
Древесина желтого цвета, матовая, очень тяжелая и твердая. Ядра нет. Годичные слон узкие, волнистые... самшит — Buxus sempervirens.
Пример пользования определителем. Требуется определить породу по образцу древесины, у которой широкая заболонь, четко выражено буровато-красное ядро и хорошо видны годичные слои, в них отчетливо выделяется темная поздняя и светлая ранняя древесина. В поздней древесине годичных слоев видны сравнительно крупные и многочисленные смоляные ходы. Хорошая видимость годичных слоев, отсутствие сосудов и наличие смоляных ходов позволяют на- основании данных I части определителя отнести определяемую древесину к группе хвойных пород. Далее следует обратиться ко II части, разделу А. Признаки, указанные в первом абзаце пункта 1, совпадают с наблюдаемыми в образце (признаки из второго абзаца не подходят). В этом случае необходимо вернуться к первому абзацу, в конце которого отточие ведет к цифре 2. Следовательно, надо читать пункт 2, в первом абзаце которого указаны признаки, соответствующие наблюдаемым у образца: хорошо заметны четкие границы между ранней и поздней древесиной годичных слоев. Отточие в этом абзаце отсылает к пункту 3.
256
Прочитав оба абзаца пункта 3, следует обратить внимание ир< -ж;к всего на число и величину смоляных ходов в поздней дрешч ип< годичных слоев образца. Однако при небольшом опыте опрелс не ния пород по древесине трудно решить, многочисленны или мп лочисленны смоляные ходы и как велики их размеры. Поэтому следует учесть и другие признаки. Например, в данном случае п< обходимо принять во внимание ширину заболони, степень ре >к<> сти перехода от ранней к поздней древесине в пределах каждою слоя, плотность древесины. Признаки образца совпадают с пер«. численными во втором абзаце пункта 3. Следовательно, определи емая порода — сосна обыкновенная.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Боровиков А. М., Уголев Б. Н. Справочник по древесине. — М.: Лесн. пром-сть, 1989. — 296 с.
2.	ВакинА. Т, Полубояринов О. И., Соловьев В. А. Пороки др>евесины. — М.: Лесн. пром-сть, 1980. — 112 с.
3.	Васечкин Ю.В., Кириллов А. Н. Производство фанеры. — М.: Высш, шк., 1985. — 176 с.
4.	Волынский В. Н. Взаимосвязь и изменчивость физико-механических свойств древесины. — Архангельск: АГТУ, 2000. — 196 с.
5.	Европейские стандарты на круглые лесоматериалы и пиломатериалы: Справочник. — Химки: Лесэксперт, 2000. — 158 с.
6.	Ермолин В. Н. Основы повышения проницаемости жидкостями древесины хвойных пород. — Красноярск: СибГТУ, 1999. — 100 с.
7.	Колесникова А. А. Исследование свойств древесины по кернам. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. — 178 с.
8.	Коровин В. В., Новицкая Л.Л., Курносов Г. А. Структурные аномалии стебля древесных растений. — М.: МГУЛ, 2002. — 258 с.
9.	Лесная энциклопедия: В 2 т. — М.: Сов. энцикл. — Т. 1. — 1985. — 563 с.; Т. 2. — 1986. — 631 с.
10.	Лесной фонд России (по сост. на 01.01.98): Справочник. — М.: ВНИИЦЛесресурс, 1999. - 650 с.
11.	Мелехов И. С. Лесоведение. — 2-е изд. — М.: МГУЛ, 2002. — 398 с.
12.	Мельникова Л. В. Технология композиционных материалов из древесины. - М.: МГУЛ, 2002. - 234 с.
13.	Михайличенко А. Л., Сметанин И. С. Древесиноведение Ч лесное товароведение. — М.: Лесн. пром-сть, 1987. — 224 с.
14.	Перелыгин Л.М. Древесиноведение. — 2-е изд., перераб. и доп. Б.Н.Уголевым. — М.: Лесн. пром-сть, 1969. — 316 с.
15.	Перелыгин Л.М., Уголев Б.Н. Древесиноведение. — 4-е ызд., испр. и доп. — М.: Лесн. пром-сть, 1971. — 288 с.
16.	Полубояринов О. И. Плотность древесины. — М.: Леси, пром-сть, 1976. — 160 с.
17.	Полубояринов О. И. Древесиноведение (таблицы, формулы, графики). — СПб.: СПбЛТА, 1997. — 28 с.
18.	Роценс К А., Берзон А. В., Гулбис Я. К Особенности свойств модифицированной древесины. — Рига: Зинатне, 1983. — 207 с.
19.	Рыкунин С.Н., Тюкина Ю.П., Шалаев В. С. Технологи я лесопиль-но-деревообрабатыйающих производств. — М.: МГУЛ, 2003. — 225 с.
20.	Серговский П. С., РасевА. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: ЛесИ- пром-сть, 1987. — 360 с.
258
21.	Справочное пособие по деревообработке / Под р и И и । Екатеринбург: БРИЗ, 1995. — 560 с.
22.	Строение, свойства и качество древесины 11 . ।. I 11. > 111 Международных симпозиумов Координационного com i i ни  дению (ред. Б.Н.Уголев). — I симп. — Москва—Мыипнп ’.1111) I'1 373 с.; II симп. — М.: МГУЛ, 1997. — 378 с.; Ill спин ll< ipm m-КНЦ РАН, 2000. - 311 с.
23.	Тришин С.П. Технология древесных плит. М Ml И .........
188 с.
24.	Уголев Б. Н. Деформативность древесины и пипрч к инн при | . i ке. — М.: Лесн. пром-сть, 1971. — 174 с.
25.	Уголев Б.Н., Лапшин Ю.Г., Кротов Е.В. Ксипр>-»п. штревмнч при сушке древесины. — М.: Лесн. пром-сть, 1980.	"»!, ।
26.	Уголев Б.Н., Станко Я. Н. Древесиноведение комм, рч> • mi* нн|н* > М.: МГУЛ, 1997. - 97 с.
27.	Уголев Б. Н. Древесиноведение с основами лесною i>m ipui»n»iiH> 3-е изд. - М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.
28.	Федюков В.И. Ель резонансная: отбор на кор....
сертификация. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 1998. — ’<) |,
29.	Щербаков А. С., Сысоев Б. В., Голованова Л. В. ( ip>>ni> ы •••«• рукционные материалы в лесной промышленности. М * 1< * и пром и 1989. — 184 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Анизотропия 5, 90, 105
Антипирены 167, 168
Антисептики 167, 168
Арболит 237
Б
Балансы 40, 192, 193, 199, 200
Биологически активные вещества 49
Блеск 51, 52
Бондарные изделия 248
Бревна 192, 201, 202, 203, 205, 206
В
Влагопоглощение 69
Влагопроводность 60
Влажность древесины 55, 56
Влияние на прочность древесины
— ионизирующих излучений 124
—	сушки 122
—	температуры и влажности 122
Внутренние напряжения 65
Вода
—	связанная 57
—	свободная 57
Водопоглощение 71
Водопроницаемость 77
Водослой 151
Воздействие излучений
—	инфракрасного 86
—	ионизирующих 89
—	рентгеновского 88
—	светового 87
— ультрафиолетового 88
Воздухоемкость 76
Волокна либриформа 32
Время релаксации 106
Г7
Газопроницаемость 78
Гемицеллюлозы 39
Гидролиз 44
Глазки 148
Годичные слои 14
Гонт кровельный 249
Грибные ядровые пятна 153
Грибы 153
Д
Дефекты обработки 162, 163
Деформации
—	замороженные 65, 106
—	остаточные 65
—	упругие 65, 104
— упруго-эластические 106
Диэлектрические свойства 82
Долготье 192
Древесина 11, 12
Древесная масса 43
Древесные слоистые пластики 232
Древесный уголь 46
Древесно-волокнистые плиты 234
Древесно-стружечные плиты 233
Дубильные вещества 49
Дупло 155
Ж
Живица 48
Жижка 46
3
Заболонная гниль 158
Заболонные грибные окраски 156
260
Заболонь 12
— внутренняя 146
Заготовки
— общего назначения 215
— специального назначения 217
Закомелистость 137
Засмолок 150
Звукоизолирующая способность 85
И
Измерение объема лесоматериалов
— групповыми методами 206
— поштучно 205
Износостойкость 111
Инородные включения 163
К
Камбий 11, 23
Канифоль 48
Кармашек 151
Клеточная стенка 23
Кольцесосудистые породы 19, 29, 172
Композиции древесно-клеевые 236
Конные повозки 246
Кора 11, 34
Корка 12, 36
Корни 10, 37
Коробление 67, 163
Коэффициенты поперечной де-
формации 105
Кровельные материалы 249
Крень 142
Кривизна 139
Крона 10
Круглые лесоматериалы 191
— экспортные 201
Кряжи 192
Ксилолит 238
Л
Лесные товары 185
Лесоматериалы 185
Лигнин 39
Луб 12, 34
М
Массы древес hi.и ч 236
Механические in • • ... и
Микрофибриллы ‘ •
Модифицирован и 11 ip« в» • ни  228
Модули сдвига Пи
Модуль упругое!и НН — мгновенный 1<)(j — длительный Hili
Н
Наклон волокон 139
Наросты 138
Наружная трухлявая i ин и 114
О
Обапол 214
Обугленность 163
Овальность 138
Осмол — пневый 48 — стволовой 48
П
Паренхимные клетки 22, 27, И
Пасынок 148
Переводные брусья 219
Пиловочник 195 Пиломатериалы — авиационные 214 — конструкционные 213 — общего назначения 210 — экспортные 215 Пиролиз 46 Плесень 156
Плотность древесины 72
—	абсолютно сухой 72
—	базисная 73
—	влажной 73
—	парциальная 73
— при нормализованной ила + ности 75
Плотность древесинного нспр ства 72
Побурение 157
'»• 1
1
Повреждение
— паразитными растениями 162
— птицами 162
Поздняя древесина 16
Покоробленность 163
Пористость 76
Поры 25
Предел
—	выносливости 107
—	гигроскопичности 58
—	длительного сопротивления 107
—	насыщения клеточных стенок 58
Прозенхимные клетки 22
Пропитка 167
Прорость 149
Прочность древесины
—	при сдвиге 101
—	при сжатии вдоль волокон 92
---поперек волокон 94
—	статическом изгибе 99
—	растяжении вдоль волокон 96
---поперек волокон 98
Пьезоэлектрические свойства 83
Р
Равновесная влажность 59
Разбухание 70
Разрезы ствола 11
Рак 150
Ранняя древесина 16
Распространение звука 84
Рассеянно-сосудистые породы
19, 29, 175
Расчетные сопротивления 108
Резонансная способность 85
Реология 105
Рудничная стойка 201
С
Сани 245
Сбежистость 137
Свилеватость 141
Сердцевина 11, 34
—	двойная 147
—	смешенная 147
Сердцевинные лучи 16, 27, 33
Скипидар 48
Складочная мера 204
Смоляные ходы 20, 28
Сортименты 185
Сосуды 18, 29
Спелая древесина 13
Способность
—	гнуться 114
—	раскалываться 114
— удерживать гвозди 113
---шурупы 113
Способы получения целлюлозы 40
Ствол 10
Столярные плиты 233
Сухобокость 148
Сучки 128
Т
Твердость
— статическая 109
— ударная 110
Текстура 52
Тепловое расширение 80
Теплоемкость 78
Теплопроводность 78
Технологическая щепа 226
Топорища 250
Трахеиды 26
Трещины 66, 133
У
Ударная вязкость 108
Удельная
—	жесткость 116
—	прочность 116
—	твердость 116
— ударная вязкость 116
Усушка 61
Ф
Фанера 229
Фанерные плиты 232
Фибролит 237
X
Характеристика пород
— акации 180
262
—	бакаута 183
—	бальзы 183
—	бархатного дерева 174
—	березы 175
—	бука 176
—	вяза 173
—	граба 177
—	груши 178
—	дуба 172
—	ели 170
—	железного дерева 179
—	ивы 177
—	ильма 173
—	каштана 173
—	кедра 171
—	клена 177
—	лжетсуги 180
—	лещины 179
—	липы 176
—	лиственницы 169
—	можжевельника 171
—	ольхи 176
—	ореха 178
—	осины 175
—	палисандра 182
—	пихты 170
—	платана 178
—	рябины 179
—	самшита 178
—	свиетении 182
—	секвойядендрона 179
—	сосны 170
—	тика 181
—	тиса 181
—	тополя 177
—	фисташки 174
—	шелковицы 180
—	эвкалипта 181
—	ясеня 172
Хлысты 191
ц
Цвет 50
Целлюлоза 39, 40
Цементно-стружечные плиты 238
Ч
Червоточина 160
Чураки 197
III
Шпалы 217
Шпон
— лущеный 224
— строганый 223
Штакетник 250
Э
Экстрактивные вещества 39, 48
Электрическая прочность 82
Электровлагомер 56
Электропроводность 81
Я
Ядро 12
— ложное 145
Ядровая гниль 154
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................... 3
Введение.............................„.....................5
Часть I
ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ
Глава 1. Строение древесины...............................10
1.1.	Части растущего дерева...........................10
1.2.	Макроскопическое строение древесины..............12
1.3.	Микроскопическое строение древесины, сердцевины и коры.................................................22
Глава 2. Химические свойства древесины и	коры.............38
2.1. Химический состав древесины и коры. Характеристика органических веществ................................38
2.2. Древесина, кора и древесная зелень как химическое сырье и топливо...........................................40
Глава 3. Физические свойства древесины....................50
3.1.	Внешний вид......................................50
3.2.	Влажность и свойства, связанные с ее изменением..55
3.3.	Плотность........................................72
3.4.	Проницаемость древесины жидкостями и газами......77
3.5.	Тепловые свойства................................78
3.6.	Электрические свойства...........................81
3.7.	Звуковые свойства................................84
3.8.	Свойства древесины, проявляющиеся при воздействии излучений..............................................86
Глава 4. Механические свойства древесины..................90
4.1.	Общие сведения о механических свойствах и методах механических испытаний.......................90
4.2.	Прочность при сжатии.............................92
4.3.	Прочность при растяжении.........................96
4.4.	Прочность при статическом изгибе.................99
4.5.	Прочность при сдвиге............................101
4.6.	Деформативность.................................104
4.7.	Эксплуатационные и технологические свойства.....107
Глава 5. Изменчивость и взаимосвязи свойств древесины....117
5.1.	Изменчивость свойств............................117
264
5.2.	Связь между свойствами древесины........... I !«»
5.3.	Изменение свойств древесины под воздействием физических и химических факторов.................. I
Глава 6. Пороки древесины.............................. I ? /
6.1.	Сучки......................................... IЖ
6.2.	Трещины............................................ 11 *
6.3.	Пороки формы ствола...........................11
6.4.	Пороки строения древесины .................... • 1у
6.5.	Химические окраски и	грибные поражения..... I
6.6.	Биологические и механические повреждения, прочие пороки древесины........................ I' I
Глава 7. Стойкость и защита древесины............... I   I
7.1. Природная стойкость древесины.............. I•
7.2. Способы и средства повышения стойкости древесины К ।
Глава 8. Основные лесные породы и их использование..
8.1.	Хвойные породы............................. ।1J
8.2.	Лиственные породы......................... I
8.3.	Иноземные породы..............................
Часть II ЛЕСНОЕ ТОВАРОВЕДЕНИЕ
Глава 9. Классификация и стандартизация лесных товаров	I
9.1.	Классификация лесных товаров..................... II
9.2.	Общие сведения о стандартизации продукции.	I <6
9.3.	Стандартизация лесных товаров............. I <9
Глава 10. Круглые лесоматериалы........................... 14
10.1.	Общая характеристика хлыстов и круглых лесоматериалов....................................... 14
10.2.	Технические требования к круглым лесоматериалам....................................... 14
10.3.	Методы измерения размеров и объема круглых лесоматериалов, контроль качества, приемка, маркировка........................................... 01
Глава 11. Пилопродукция...............................   >’(Ю
11.1.	Пиломатериалы............................. 110
11.2.	Заготовки и пиленые детали........................ I
11.3.	Методы испытаний пиломатериалов и заготошл	' 19
Глава 12. Строганые, лущеные и колотые лесоматериалы, измельченная древесина...............................
12.1. Строганые, лущеные и колотые лесоматериалы	I) ’
12.2. Измельченная древесина.......................... ’6
Глава 13. Композиционные древесные материалы и модифицированная древесина..........................
13.1.	Клееная древесина..............................
ЧФ
13.2.	Композиционные материалы на основе измельченной древесины............................................233
13.3.	Модифицированная древесина......................238
13.4.	Методы испытаний композиционных древесных материалов и модифицированной древесины..............241
Глава 14. Потребительские товары........................  244
14.1. Изделия, материалы и продукты хозяйственного назначения........................................245
14.2. Изделия культурно-бытового назначения...........251
Приложение. Определитель древесины наиболее распространенных пород.................................253
Список литературы......................................   258
Предметный указатель......................................260
л
Учебное издание
Уголев Борис Наумович
Древесиноведение и лесное товароведение
Учебник
2-е издание, стереотипное
Редактор Е. М. Зубкович Технический редактор Н. И. Горбачева Компьютерная верстка: В.А.Крыжко Корректор М. В. Дьяконова
Диапозитивы предоставлены издательством.
Изд. № A-834-II. Подписано в печать 28.09.2005. Формат 60x90/16.
Гарнитура «Таймс». Бумага тип. № 2. Печать офсетная. Усл. печ. л. 17,0.
Тираж 3000 экз. Заказ №15487.
Издательский центр «Академия», www.acadcmia-moscow.ru
Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.953.Д.004796.07.04 от 20.07.2004.
117342, Москва, ул. Бутлерова, 17-Б, к. 360. Тел./факс: (095)330-1092, 334-8337.
Отпечатано на Саратовском полиграфическом комбинате.
410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.