Дерево в архитектуре

Дерево в архитектуре — общие тенденции

Дерево как строительный материал, прочный, легкий по массе и в обработке, гигиеничный и относительно дешевый, всегда находило и находит широкое применение. Из него издавна строили жилища, общественные и производственные здания. В России до XVIII в. строительство в городах и сельской местности велось главным образом из дерева, и не случайно постройки из него были так усовершенствованы в художественно-эстетическом и конструктивном отношениях, что породили своеобразный стиль архитектуры, известный под названием русского деревянного зодчества. После петровских строительных реформ в городах стали возводить каменные дома, а в сельских местностях дерево остается основным строительным материалом и до настоящего времени. История оставила нам многочисленные примеры использования дерева в архитектуре прошлого, и мы сегодня восхищаемся великолепными памятниками деревянного зодчества: церквами Кижского погоста, крепостными башнями Якутского острога, многочисленными крестьянскими избами. После Великой Октябрьской социалистической революции социальные преобразования в корне изменили сельский быт, но материалом для строительства в сельских районах и частично в городах по-прежнему оставалось дерево. В первые годы Советской власти оно использовалось в строительстве жилых домов и небольших общественных зданий: деревянными были жилой поселок «Сокол» в Москве, павильоны ВСХВ-23 (архит. И.В. Жолтовский). Позднее дерево получило еще большее распространение при возведении жилых, общественных и промышленных зданий — например, жилой поселок «Железнодорожный», временные трибуны Московского ипподрома (архит. И. В. Жолтовский), жилые дома (архит. Г. П. Гольц), склады калийной соли в Солигорске и многие другие объекты. В последующие десятилетия значительное улучшение свойств древесины благодаря антисептированию, пропитке антипиренами, прессованию сделало ее негниющим и трудносгораемым материалом с повышенной прочностью и расширило возможности широкого применения древесины в архитектуре. Появление особо прочного клея для соединения отдельных элементов позволило создать такие деревянные конструкции, которые успешно конкурируют с несущими конструкциями из высокопрочных материалов. В связи с этим можно смело утверждать, что проблема комплексного использования дерева — одна из актуальных проблем современной архитектурно-строительной практики. Строительство из древесных материалов приобретает вес более широкий размах, и дерево мором е успехом заменяет такие материалы, как железобетон и кирпич. Современная строительная древесина, бесспорно, обладает рядом преимуществ, которые помогают созданию новых архитектурных форм и определяют индустриальность и массовость строительства. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, которая обходилась бы без дерева. Например, широкое применение оно получило в целлюлозно-бумажной промышленности, производстве высококачественных музыкальных инструментов, мебели и т. п. Основной же объем древесины используется в строительстве и архитектуре, которые остаются главными ее потребителями. Каталоги деревянных строительных изделий включают сотни наименований, а с дальнейшим улучшением строительных свойств древесины их перечень пополнится новыми видами изделий. Сегодня лесоматериалы — это, главным образом, продукция автоматизированных предприятий, применяемая в сборном индустриальном строительстве. И если в недалеком прошлом лесоматериалы использовались в строительстве только в естественном виде (бревна, брусья, доски, рейки и пр.), то теперь на постройку поступает продукция в виде готовых к применению укрупненных конструктивных элементов, деталей облицовок и декора, монтируемых на конвейере. Эту продукцию следовало бы назвать изделиями из нового вида строительного материала — «обновленной» модифицированной древесины, которая при техническом совершенствовании средств и технологии обработки открывает широкие возможности ее эффективного применения в строительстве. В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981 -1−985 годы и на период до 1990 года» сказано: «Повысить уровень индустриализации строительного производства и степень заводской готовности конструкций и деталей». Современная строительная древесина появилась в результате научно-исследовательских и практических работ технологов, строителей и архитекторов, осуществивших синтез достижений древесиноведения и химии, которые избавили древесину от ее естественных пороков (гниения, горючести и др.), сохранив и умножив ее положительные качества. Это изменило традиционную форму использования дерева в архитектуре, принесло ей всеобщее признание как перспективного строительного материала, оказывающего бесспорное влияние на развитие современной архитектуры. В нашей стране создается мощная материально-техническая база по переработке древесины, которая будет располагать крупными механизированными и автоматизированными предприятиями по выпуску широкой номенклатуры изделий из древесины. Благодаря использованию эффективных средств обработки древесины на наших заводах начато производство клееных деревянных конструкций, сборных жилых домов, отдельных конструктивных элементов и различных изделий из древесины. Но время реорганизации нашей строительной индустрии в начале 50-х годов деревянное домостроение осталось в стороне от общего развития индустриализации возведения зданий. Существовало мнение, что в отличие от сборных железобетонных и металлических конструкций деревянные конструкции не отвечают требованиям комплексно-механизированного поточного производства. Развитие науки и техники доказало обратное. В частности, опыт изготовления и использования в широком масштабе деревянных клееных конструкций всевозможных форм подтвердил экономическую эффективность их применения в индустриальном строительстве. К основным технологическим преобразованиям, необходимым тля достижения высокой эффективности заводского производства деревянных конструкций, следует отнести применение вместо традиционных соединений элементов деревянных конструкций на гвоздях п болтах новых способов соединения с помощью высокопрочных синтетических клеев. Основой для такой перестройки технологии послужили достижения химии полимерных материалов. Применение стойкого синтетического клея решило сложную задачу не только обеспечения жестких монолитных соединений, но и использования малоразмерных пиломатериалов в клееных конструкциях. Клееные соединения позволили получать монолитные элементы конструкций значительной длины и любых конфигураций. Благодаря внедрению новой технологии на основе комплексной механизации и автоматизации поточного производства созданы все условия для повышения эффективности труда. Поэтому, определяя перспективы деревянного строительства, можно с уверенностью сказать, что переход к массовому производству клееных деревянных конструкций в нашей стране, обладающей богатыми лесными ресурсами, крайне необходим, а в основу их изготовления должны быть положены современные индустриальные методы. Область применения клееных деревянных конструкций — в основном общественные и промышленные здания.

Эффективны конструкции покрытий не только средних, но и значительных по своим размерам пролетов (от 20 до 100 м), которые при высокой несущей способности и незначительной массе, а также при хорошей влагостойкости долговечны в эксплуатации. В большепролетных купольных, арочных и сводчатых конструкциях зданий клееная древесина успешно заменяет такие традиционные материалы, как железобетон и металл. В определенных условиях применение клееных деревянных конструкций целесообразно и при возведении других типов зданий и сооружений, а также малых архитектурных форм. Улучшение архитектуры деревянных сооружений может быть достигнуто только при выявлении эстетических особенностей древесины. Для современной деревянной архитектуры определились свои, присущие только лому материалу, формы. Клееные деревянные конструкции и прессованная древесина позволяют создать богатые по своей пластике не только геометрически правильные, но и сложные криволинейные формы оболочек, сводов, куполов и покрытий типа гиперболических параболоидов. Поверхности дерена могут быть лаконичны и одновременно выразительны, нейтральны или, напротив, с ярко выраженной структурой. Над проблемами эстетики деревянных строений задумывались зодчие с древнейших времен, из древесины построено немало прекрасных произведений архитектуры. Однако в теоретических трудах исследователи деревянной архитектуры не всегда уделяли достаточно внимания художественной выразительности этих сооружений, их усилия были направлены в основном на изучение свойств древесины, аналитический разбор конструкций или описания отдельных построек.

Сейчас накопилось достаточно материала о применении дерева в современной, архитектуре — в постройках небольшого масштаба, в крупных большепролетных сооружениях и зданиях сложных конфигураций. Эстетические качества таких сооружений характеризуются ясной композицией целого, масштабностью, пропорциональностью, строгостью декора, активным использованием ' фактуры и цвета элементов деревянных конструкций и изделий из древесины. Освоение и внедрение новых материалов, изделий и конструкций из древесины становится наглядным примером реализации достижений науки и техники в создании разнообразных архитектурных форм. Древесина — это единственный материал в природе, запасы которого постоянно и довольно быстро восполняются. Если разумно обращаться с лесными богатствами, то не на десятилетия, а на века человечество будет обеспечено этим превосходным строительным материалом. Лес — один из основных типов растительного мира нашей планеты, представленный многочисленными формами растений, среди которых главное место принадлежит деревьям. Велико экологическое значение леса. Являясь важнейшей составной частью природного комплекса, он выполняет стабилизирующие функции в регулировании естественных процессов, происходящих в биосфере планеты и в составе ее атмосферы, оказывает благотворное влияние на климат и гидрологический режим. Но не менее важную роль играет лес как сырьевая база

Дерево

Дерево — древнейший спутник человечества, являющийся для него источником энергии и традиционным строительным материалом, не имеющим равноценной замены.

Древесина дерева состоит из целлюлозы, лигнина, золотообразующих минеральных и органических веществ, изменчивость свойств и сочетания которых, а также различия в клеточной структуре, приводят к тому, что древесина разных пород дерева может быть тяжелой или легкой, жесткой или гибкой, твердей или мягкой. Таким образом, дереву присущи разнообразные характерные особенности, выдвигающие ее на передний край в ряду сырьевых материалов.

Одна из главных особенностей дерева — разнообразие пород, размеров, форм и свойств лесоматериалов. Это позволяет удовлетворить почти любые требования, предъявляемые к дереву. Дерево обладает высокой удельной прочностью, высокими показателями стойкости и эксплуатационных свойств, что важно при применении дерева в качестве строительного материала. Сухая древесина дерева имеет хорошие изоляционные свойства по отношению к теплу, звуку и электричеству. В соответствующих условиях применения дерево имеет тенденцию поглощать и рассеивать звуковые колебания, являясь незаменимым материалом для многих музыкальных инструментов.

Благодаря неповторимой текстуре и цвету, дерево — эстетически привлекательный материал, и его внешний вид можно улучшать с помощью различных видов отделки. Древесине дерева легко придать нужную форму механической обработкой, ее можно соединять клеями, гвоздями, шурупами, болтами и прочими креплениями. Поврежденные элементы дерева в конструкциях легко заменить, а сами конструкции перестроить. Кроме того, дерево стойко к окислению, действию кислот и водных растворов солей. Дерево оказывает хорошее сопротивление ударным нагрузкам, воспринимает пропитку антисептиками и антипиренами, что еще более повышает его ценность. Дерево отлично комбинируется почти с любыми материалами, как для функциональных целей, так и для получения эстетического эффекта.

Исторически сложилось так, что некоторые породы дерева используются для многих целей, в то время как другие породы дерева, менее доступные и не обладающие необходимыми качествами, применялись только в одной-двух областях. Вне конкуренции по широте применения — дуб. Благодаря вязкости, прочности и долговечности высоко ценился в различных областях: судои мостостроении, бондарном производстве, строительстве домов и изготовлении инструментов, шпал, и, конечно, пола, лестниц, мебели и панельной обшивки.

В настоящее время в мире используются сотни пород дерева, которые подразделяются на два обширных класса — лиственные (твердые породы дерева), и хвойные (мягкие породы дерева). Различить их просто — хвойные породы отличаются игловидными или чешуевидными листьями (хвоей), которые остаются на деревьях в течение всего года (исключение составляет лиственница), а лиственные породы, опять же за небольшими исключениями, сбрасывают свои листья осенью или зимой.

И те, и другие имеют свои характеристики и широкий круг применения. Пилопродукция хвойных деревьев используется в строительстве для опалубки, строительных лесов, каркасов, обшивки пола, потолков, профильных изделий для внешней и внутренней отделки, обшивки панелями, простой встроенной мебели, оконных переплетов и др.

Лиственные породы дерева востребованы в строительстве для пола, архитектурных, декоративных изделий, профильных изделий для внутренней и внешней отдели, обшивки панелями. Большая часть лиственных деревьев идет на мебель, полы и тару.

Но, перед тем как быть использованным, дерево проходит длительный и сложный технологический процесс, состоящий из грамотной сушки, защитной и декоративной обработки поверхности, раскроя, сортировки по прочности, внешнему виду и качеству отделки, и даже переработки и измельчения древесины. В результате, строительное и мебельное производства получают для своих нужд материалы из цельного дерева — самые ценные, более дешевые клееные деревянные конструкции, или многочисленные виды древесностружечных и древесноволокнистых плит, которые затем грунтуются, красятся, лакируются, или покрываются шпоном и пластиком.

В настоящее время, современные деревообрабатывающие технологии в сочетании с уникальностью и неповторимостью природных свойств древесины позволяют создавать из дерева исключительно долговечные деревянные дома, мебель, инструменты и декоративные конструкции. Их совершенство достигается использованием в производстве изделий из дерева результатов технологического развития. Это позволяет поддерживать характеристики и гарантии на изделие из дерева такие же или даже выше, чем из любого другого материала.

Виды древесных пород

Породы деревьев подразделяются на хвойные и лиственные. К хвойным породам, которые часто используются в строительстве, относится сосна.

Сосна

Древесина сосны очень широко применяется в мебельном производстве и в строительстве. Она легко строгается и пилится. В России (в ее южных областях) произрастают два вида сосны — сильно засмоленная смолка и сухощепка. Сухощепку еще называют дутицей ввиду низкого содержания смолы. Древесина сухощепки легкая, а смолки тяжелая. В мебельном производстве лучше всего применять сухощепку, так как смолка засаливает обрабатывающие инструменты, прилипает к ним, затрудняя процесс строгания и пиления. Если изделие из смолки покрытое лаком, подвергнется случайному нагреву, то лаковое покрытие вздуется. Если уж есть необходимость использовать именно древесину смолки, то ее в обязательном порядке надо подвергнуть процессу обессмоливания. Возвращаясь к cухощепке, необходимо сказать, что она может быть использована при изготовлении мебели, которая не несет больших нагрузок.

Ель

По распространенности это дерево занимает второе место после сосны. Стволы ели имеют правильную форму, древесина ее легко обрабатывается и находит применение в самых разных областях народного хозяйства. По своим характеристикам древесина ели схожа с древесиной сосны, но менее применима по той причине, что ее прочностные характеристики хуже, чем у сосны.

Пихта

Существует четыре разновидности пихты — сибирская, маньчжурская, кавказская и белокорая. Пихта является самой мягкой и легкой из всех хвойных пород. Все четыре разновидности пихты обладают красивой декоративной структурой. Следует иметь в виду, что эта древесина обладает меньшей прочностью, чем сосна и имеет склонность к растрескиванию и короблению при высыхании.

Лиственные

Дуб

Чем больше возраст дуба, тем лучше качество древесины. Мебель из этой породы служит очень долго и отличается своей прочностью. Но древесину дуба довольно тяжело обрабатывать. Для любых столярных изделий лучше всего использовать дуб в возрасте от 150 до 200 лет. Текстура древесины дуба может украсить любое изделие. Древесина мореного дуба, пролежавшая в воде не один десяток лет приобретает черный цвет, что ценится особенно высоко среди знатоков.

Кедр

Кедр — это один из видов сосны. В России произрастает сибирский кедр, корейский кедр и кедровый стланник (кедрач). Древесина кедра плотная, прочная, мягкая, достаточно легкая и хорошо обрабатывается. В изготовлении мебели применяется достаточно широко. Древесина кедра имеет высокое содержание фитонцидов, отпугивающих различных насекомых, в том числе и моль.

Осина

Это дерево имеет целый ряд уникальных свойств. При высыхании древесина не коробится и не трескается. Она прекрасно обрабатывается и легко режется. Однородность и прямослойность древесины дает возможность делать порезки практически в любом направлении, не скалывая и не сминая ее. Устойчива к водной среде. Но на корню осина легко поражается сердцевинной гнилью. По этой причине рубить дерево надо не позже 40−45 летнего возраста.

Бук

Древесина бука имеет светло-бурый цвет с красноватым или желтоватым оттенком, хорошо видны годичные слои. Сердцевинные лучи широкие, на радиальном разрезе просматриваются в виде блестящих полосок, а на тангенциальном — в виде вкраплений. Древесина бука очень прочная, твердая, тяжелая. Хорошо окрашивается и имитируется под орех и красное дерево. Пропаренная древесина бука хорошо гнется, что широко используется при изготовлении гнутой мебели. Качества древесины объясняют и промышленное использование ее для изготовления строганого шпона в том же мебельном производстве. Но у бука имеются и качества, ухудшающие возможности более широкого применения. При высыхании древесина может растрескиваться, она нестойкая к гниению, нуждается в обработке антисептиками. Невысокие показатели у бука и в части возможности его обработки — его дерево плохо режется.

Граб

Это дерево представляет собой одну из самых твердых и износостойких пород. Граб имеет безъядровую древесину серовато-белого цвета с хорошо видимыми сердцевинными лучами. Древесина хорошо окрашивается и имитируется под ценные породы древесины. Прочностные характеристики граба позволяют использовать его при изготовлении столярных инструментов, деталей мебели и самой мебели, подвергающейся значительным нагрузкам. К отрицательным свойствам граба надо отнести его склонность к короблению и растрескиванию при высыхании. Сдерживает более широкое применение древесины граба в мебельном производстве и такое ее свойство, как плохая обрабатываемость.

Ольха

Произрастает это дерево в средней полосе России и подразделяется на два основных вида — серая ольха и черная в соответствии с цветом коры. Древесина ольхи обладает интересной особенностью — свежесрубленная она имеет белый цвет, который тут же на глазах превращается в оранжевый, а затем и в красный. В итоге таких превращений окончательным становится коричневый цвет, и только после сушки древесина устойчиво держит светло-шоколадный цвет с розовым оттенком. Ввиду того, что древесина ольхи мягкая, она легко обрабатывается и поэтому находит широкое применение в мебельной промышленности. Плюс ко всему эта порода прекрасно окрашивается, протравливается и полируется. В процессе сушки почти не трескается и практически не уменьшается в объеме.

Вяз

Данная порода дерева по многим характеристикам близка к дубу. Обладает твердостью и прочностью, устойчива к воздействию гнилостных бактерий. Обработка вяза затруднительна, но это компенсируется красивой текстурой древесины. Особенно это проявляется в комлевой части дерева. В радиальном разрезе текстура образует своеобразную рябоватость. Мебель из древесины вяза очень прочна и имеет долгий срок службы. Как и дуб, вяз устойчив к воздействию водной среды.

Береза

Ее древесина может применяться в мебельной промышленности из-за ряда несомненных достоинств. Береза хорошо обрабатывается. Если срубленную березу на короткое время оставить в коре и дать «поработать» мраморной гнили то текстура рисунка будет иметь вид мрамора. Остановив работу мраморной гнили на этом этапе и закрепив древесину в таком виде, можно получить ни с чем не сравнимый отделочный материал, имитирующий мрамор. Если древесину березы прокипятить с корой лиственницы, она приобретает стойкость к гниению и будет иметь стабильный красноватый оттенок. Мебель, изготовленная из березы прочна, но больших нагрузок нести не может. К недостаткам надо отнести тот факт, что в процессе сушки дерево уменьшается в объеме, при этом довольно существенно.

Карельская береза

Довольно редкое и ценное растение. В отличие от обычной березы карельская не подвержена воздействию гнили. Особые достоинства карельской березы — ее прочность и очень красивая структура. Древесина березы имеет сильную свилеватость (закрученность). Волокна сориентированы под разными углами к плоскости среза, создавая впечатление курчавости и волнистости. Общий цвет древесины — светло-коричневый или буроватый с многочисленными включениями в виде скобок, тире, галочек. Рисунок текстуры напоминает мрамор, как и у березы. Но здесь «помощи» мраморной гнили не требуется. Самая прочная из всех разновидностей карельской березы — береза Шмидта. Кроме своей высокой прочности она практически совсем не подвластна коррозии". Обрабатывается карельская береза тяжело, но изготовленная из нее мебель будет практически вечной.

Липа

Это дерево имеет наилучшие показатели в части его обработки. Она легко и хорошо режется во всех направлениях. Древесина легкая, мягкая, прямослойная. Если есть намерение изготовить какой-то предмет интерьера и украсить его резьбой, то лучшего материала не найти. Липа незаменимый материал для резных работ. Конечно, мебель, изготовленная из липы не предназначена для больших нагрузок, ее прочностные характеристики будут невысоки. Самое лучшее применение липы — дополнительные предметы и украшения мебели, кухонные изделия. Если продукты хранятся в емкостях, сделанных из липы, они могут долго сохранять свои качества. При сушке древесина липы не коробится и не трескается. Но в антисептике эта порода дерева нуждается, так как подвержена воздействию разрушающих микроорганизмов.

Клен

Клен принадлежит к той редкой породе дерева, которая будучи плотной и твердой, хорошо обрабатывается режущими инструментами. К тому же это хороший материал для резных работ. Самые тонкие порезки в любом направлении не нарушают четкости, чистоты и гладкости рисунка. В этой части клен составит достойную конкуренцию липе. А учитывая мягкость древесины липы и ее невысокие прочностные характеристики — клен выйдет на лучшие позиции в части его применения в мебельной промышленности. Но изделия из клена будут значительно тяжелее таковых из липы, это следует иметь в виду. К перечисленным достоинствам клена надо добавить его малую склонность к короблению и разбуханию.

Белая акация

Это дерево имеет как положительные, так и отрицательные характеристики в части его применения для изготовления мебели. К положительным качествам надо отнести высокую прочность древесины, ее красивый внешний вид. Белая акация хорошо полируется и мебель из нее украсит и дополнит любой интерьер. К отрицательным качествам следует отнести трудную обрабатываемость белой акации в сухом состоянии и ее склонность к хрупкости во влажном виде. Где и как применить древесину этого дерева — решать мастеру.

Яблоня

Это фруктовое дерево имеет тяжелую и твердую древесину. Если это дикая яблоня, то она очень стойкая к гниению и прочнее садовой. Древесина яблони очень прочна и износостойкая. Яблоня хорошо обрабатывается, режущие инструменты оставляют на древесине гладкий глянцевый срез. На яблоне хорошо выполняется резьба Дерево имеет оригинальную текстуру, особенно, если ствол был винтообразной формы. Комлевая и корневая часть особенно красивы. Изготовленные из яблони изделия прекрасно шлифуются, полируются и поддаются лощению. Если древесину пропитать льняным маслом или натуральной олифой, она приобретет стойкий темно-коричневый цвет. Эти ее качества особенно привлекательны при выборе материала для мебельных изделий. К тому же хорошо высушенная древесина яблони не трескается и не коробится.

Груша

Древесина этого дерева плотная, тяжелая, имеет розовый цвет с линиями годовых слоев. Материал подвергается обработке режущим инструментом, имеет малый коэффициент усушки, мало коробится и почти не растрескивается. При изготовлении мебели древесина позволяет изготавливать длинные прямые заготовки благодаря тому, что груша всегда имеет развитый центральный ствол.

Рис. 1 — Строение древесного ствола

Пороки древесины

Пороками древесины называют различные отклонения от нормы, существенно изменяющие и, как правило, понижающие качество древесины, ограничивающие ее использование. К порокам относят также повреждения древесины грибами и насекомыми, а иногда и дефекты, возникающие при обработке древесины (например, при камерной сушке). Всего насчитывают свыше 200 пороков.

Пороки делят на девять групп; сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные поражения, повреждения насекомыми, инородные включения и дефекты, деформации.

Пороки древесины можно разделить также по времени их образования:

возникающие в растущем дереве

образующиеся в срубленном дереве

Пороки растущего дерева переходят в срубленную древесину, в которой, в свою очередь, возникают пороки, аналогичные некоторым порокам растущего дерева. Поэтому обычно их рассматривают совместно.

Сучки — живые и отмершие, закрытые и заросшие, здоровые и загнившие представляют собой части ветвей, заключенные в древесине. Они нарушают однородность строения древесины, затрудняют обработку пиломатериалов, нарушают правильность распределения внутренних напряжений, снижают прочность древесины и, следовательно, ее сортность.

Ненормальные окраски и гнили. Ложное ядро отличается от настоящего ядра древесины непостоянством по времени образования, по форме и размерам. Ложное ядро чаще всего встречается у бука, березы и других заболонных и спелодревесных пород; иногда располагается эксцентрично. Значительного влияния на качество древесины этот порок не оказывает, если отсутствует признак загнивания, но может нарушать общую фактуру изделия.

Пятнистость (радиальная и тангенциальная) наблюдается на торце в виде пятен шириной не более ширины годичного слоя, вытянутых на радиальном срезе незначительно в виде узких полос, а на тангенциальном — в виде широких полос, вытянутых вдоль ствола на несколько метров. Этот порок, ухудшая внешний вид пиломатериалов, не влияет на их механические свойства.

Ложное ядро и пятнистость характерны для растущего дерева. Но изменение окраски, сопровождаемое гнилью, наблюдается также и у срубленной древесины при ее хранении. В частности, к ним относятся химические и грибные окраски. К химическим окраскам относятся желтизна, оранжевая окраска, продубина, чернильные пятна, дубильные потеки. Все эти разновидности окраски проникают на глубину 1 … 5 мм, но мало влияют на физико-механические свойства древесины, ухудшая в основном только внешний вид пиломатериалов.

Грибные окраски (гнили) поражают отмирающую и мертвую древесину.

На отмирающей древесине при медленном подсыхании образуется так называемая прелость вследствие поражения складскими грибами: плесень, цветной налет в 1−2 мм глубиной, цветная заболонь, синева, коричневая или желтая окраска (в виде лимонно-желтых пятен и полос в отличие от химической окраски), коричная окраска; эти окраски развиваются за счет содержимого отмирающих клеток и мало затрагивают клеточные стенки, поэтому физико-механические свойства древесины ухудшаются незначительно.

Более опасными являются изменения окраски древесины, связанные с формированием гнили у растущего дерева и мертвой древесины.

Гнили у растущего дерева — пестрая, белая и бурая — образуются под воздействием грибов. Белая, пестрая (коррозийные гнили) и бурая (деструктивная) гнили развиваются постепенно с появлением пятен и полос до появления мягкой гнили, имеющей трухляво-волокнистую структуру и легко ломающейся пальцами. Гнилая древесина почти полностью теряет свои механические свойства, сильно понижается плотность; она непригодна к использованию в строительстве.

Гнили мертвой древесины являются одним из самых опасных видов пороков. Они могут развиваться после вторичного увлажнения в лежалой древесине и открытых деревянных сооружениях. Особенно распространена бурая деструктивная гниль, вызываемая грибами заборным, столбовым, шпальным и др. Древесина становится бурой, появляются поперечные и продольные трещины; древесина быстро приобретает трухлявость и распадается на куски.

В закрытых сооружениях, плохо проветриваемых, с высокой влажностью и умеренной температурой развивается бурая деструктивная гниль под воздействием так называемых домовошахтных грибов, настоящего домового гриба (грибница ватообразная с каплями желтоватой жидкости), пленочного домового гриба (плодовое тело пленчатое распростертое), белого домового гриба (плодовые тела белые, мягкие, распростертые с большими угловатыми порами), шахтного или пластинчатого домового гриба (развивается в подземных сооружениях).

Эти разновидности грибов и делают древесину непригодной для применения, и опасной для окружающих древесных материалов.

Водослой — участок древесины, сильно пропитанный водой, расположенный на месте ядра, спелой древесины, ложного ядра или радиальной пятнистости. Как правило, водослой связан с очагами гнили. Водослойная древесина отличается повышенными усушкой и разбуханием; после высыхания образуются трещины.

Грибные ядровые пятна и полосы — измененная окраска в зоне ядра, вызываемая грибами в растущем дереве, наблюдается на торцах и продольном разрезе. Этот порок имеет также название как темнина или краснина. Ухудшая внешний вид пиломатериалов, порок на механические свойства почти не оказывает заметного влияния.

Значительное влияние на снижение качества древесины оказывают пороки, именуемые трещинами. Они характерны как для растущего дерева, так и для мертвой древесины, хотя их вид и paзмеры различные.

Трещины продольные — метиковые, простые и сложные. Эти трещины проходят через сердцевину ствола, находясь обычно в пределах зоны ядра или спелой древесины. Они идут по длине ствола от комля (нижней части растущего дерева) до зоны живых сучков, расширяясь от периферийной части ствола к сердцевине.

Простые метиковые трещины расположены по одному диаметру и идут по длине ствола в одной плоскости; сложные — по одному диаметру, но идут по спирали или по нескольким диаметрам (тогда по длине ствола идут по нескольким плоскостям).

Отлупные трещины — неполные и кольцевые — внутренние трещины, проходящие в зоне ядра или спелой древесины между годичными слоями. Отлуп как порок особенно часто встречается у дуба, осины, пихты, тополя, ели. Как и метиковые, отлупные трещины образуются при раскачке дерева ветром и при резкой смене температуры. Метики и отлуп, возникнув у растущего дерева, увеличиваются в своих размерах в срубленном дереве при его высыхании.

Морозные трещины — открытые радиальные трещины, видимые на поверхности ствола (чаще в комлевой части дерева) и распространяющиеся до сердцевины. Возникают зимой при резком охлаждении стволов. Чаще всего поражают толстые стволы клена, бука, дуба, ясеня, ореха, а иногда осину и липу.

Рис. 2 — Пороки древесины: а — морозобоина; б — метиковые; в — отлупные; г — усушки Пороки формы ствола Сбежистость — значительное (выше нормы) уменьшение диаметра ствола от комля к вершине, в пиломатериалах ведет к перерезанию волокон; сильно понижает пределы прочности при поперечном изгибе.

Кривизна ствола — искривление по длине ствола; бывает простая кривизна — характеризуется одним изгибом по длине ствола и сложная — несколькими изгибами.

Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой части (в 1…2 раза и более) по сравнению с диаметром сортамента, измеренном на расстоянии 1 м от комлевого торца (частый случай сбежистости). Ребристая закомелистость носит название ройки. Этот порок также уменьшает выход пиломатериалов и шпона.

Пороки строения древесины.

Рис. 3 — Пороки древесины: А — трещины метиковые; Б — трещины отлупные Наклон волокон (косослой) — волокна располагаются не параллельно оси ствола, а винтообразно, по спирали. Косослой оказывает отрицательное влияние на качество древесины, ее физико-механические свойства. Наклон волокон >5% значительно снижает предел прочности древесины при растяжении вдоль волокон и поперечном изгибе. С изменением влажности древесина с наклоном волокон склонна к значительному короблению и скручиванию.

Корень бывает сплошная и местная. Характерна для комлевой части наклонных и искривленных стволов хвойных пород. Это резкое утолщение поздней зоны годичных слоев при эксцентричном расположении сердцевины.

Плотность древесины сильноразвитой крени на 15…40% выше нормальной (кремнина) и мешает механической обработке древесины.

Свилеватость — волнистая и путаная — неправильность в строении древесины, резковолнистое или беспорядочное расположение древесных волокон. Встречается преимущественно у лиственных пород в нижней комлевой части ствола у осины, клена, ясеня, березы, тополя и др. Свилеватость снижает у древесины прочность при растяжении, изгибе, сжатии, но увеличивает прочность при скалывании. Свилеватую древесину используют в качестве отделочного строительного материала.

Повреждения насекомыми (червоточина). Червоточиной называют повреждения древесины в виде поверхностных бороздок, внутренних ходов (каналов) и отверстий, проделанных некоторыми насекомыми, а чаще всего их личинками. К таковым относятся жуки-короеды, жуки-усачи, долгоносики, домовые жуки-точильщики, некоторые разновидности муравьев, бабочки (древоточцы и стеклянницы), термиты.

Степень пораженности древесины этим пороком определяют количеством отверстий на 1 м лесоматериала, а в фанере — количеством отверстий на один лист. Кроме того, следует отметить дефекты, которые возникают в основном при неправильных режимах обработки древесины.

Трещины усушки образуются в срубленной древесине и пиломатериалах при несоблюдении установленного режима сушки. Различают трещины торцевые, пластевые, кромочные, сквозные. Трещины усушки имеют меньшую толщину, чем метиковые и морозные, но также снижают прочность и сортность древесины.

Покоробленность относится к деформациям, возникающим при распиловке или сушке древесины; она затрудняет или даже полностью исключает использование пиломатериалов.

Механические повреждения при обработке древесины — отщеп, скол, вырыв и другие также затрудняют использование ее по назначению.

Рис. 4 — Пороки строения древесины: а — косослой; б — крень; в — прорость; г — смоляной кармашек древесина порок дерево порода архитектура

Загнивание и возгорание древесины. Способы защиты

Гниение и защита деревянных конструкций от гниения Гниение — это разрушение древесины простейшими растительными организмами — дереворазрушающими грибками. Некоторые грибы поражают еще растущие и высыхающие деревья в лесу. Складские грибы разрушают лесоматериал во время хранения их на складах. Домовые грибы — (мерилиус, пория и др.) разрушают древесину строительных конструкций в процессе эксплуатации.

Грибы развиваются из клеток — спор, которые легко переносятся движением воздуха. Приростая, споры образуют плодовое тело и грибницу гриба — источник новых спор.

Защита от гниения

1. Стерилизация древесины в процессе высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при t >80оС, что приводит к гибели спор грибов, грибниц и плодовых тел гриба.

2. Конструктивная защита предполагает режим эксплуатации, когда влажность древесины W<20% (наименьшая влажность при которой могут расти грибы).

2.1. Защита древесины от атмосферной влаги — гидроизоляция покрытий, необходимый уклон кровли.

2.2. Защита от конденсационной влаги — пароизоляция, проветривание конструкций (осушающие продухи).

2.3. Защита от увлажнения капиллярной влагой (от земли) — устройство гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на фундамент (с битумной или рубероидной изоляцией) выше уровня грунта или пола минимум на 15 см.

3. Химическая защита от гниения необходима, когда увлажнение древесины неизбежно. Химическая защита заключается в пропитке ядовитыми для грибов веществами — антисептиками.

Водорастворимые антисептики (фтористый, кремнефтористый натрий) — это вещества не имеющие ни цвета ни запаха, безвредные для людей. Используются в закрытых помещениях.

Маслянистые антисептики — это минеральные масла (каменноугольное, антросценовое, сланцевое, древесный креозот и др.). Они не растворяются в воде, но вредны для человека, поэтому используются для конструкций на открытом воздухе, в земле, над водой.

Пропитка выполняется в автоклавах под высоким давлением (до 14 МПа).

Защита от жуков точильщиков — нагрев до t>80oC или окуривание ядовитыми газами типа гексахлорана.

Горение и защита деревянных конструкций от возгорания Характеризуется пределом огнестойкости (порядка 40 мин. для бруса 17×17 см, нагруженного до напряжения 10 МПа.).

Защита

1. Конструктивная. Ликвидация условий, благоприятных для возгораний.

2. Химическая (противопожарная пропитка или окраска). Пропитывают веществами, которые называются антипиренами (например, аммонийная соль, фосфорная и серная кислота). Пропитку выполняют в автоклавах одновременно с антисептированием. При нагреве антипирены расплавляются, образуя огнезащитную пленку. Защитная окраска выполняется составами на основе жидкого стекла, суперфтора и т. д.

5. Полуфабрикаты. Конструкции из древесины.

Древесные, материалы подразделяют на деловую древесину, пиломатериалы, щиты, плиты, фанеру.

Деловая древесина — круглый лес диаметром 300 и более миллиметров. Бревна диаметром от 80 до 110 мм называют тонкий кругляком, более 110 мм — строительным или пиловочным лесом. Длина бревен от 4 до 6 м.

Пиломатериалы подразделяются на пластины, четвертины, доски, бруски, брусья, шпон.

Пластина получается в результате продольного распиливания бревна на две равные части.

Четвертина получается при продольном распиливании пластины на две равные части.

Доска — пиломатериал, у которого ширина не менее чем в два раза больше толщины. Доски имеют толщину от 13 до 100, ширину — от 80 до 250, длину — 1000−6500 мм.

Брусок имеет толщину не более 100 мм, ширину — менее двух толщин. Бруски из досок толщиной 13−60 мм называют рейками.

Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм. Бывают обрезанные с четырех сторон — четырехгранные и обрезанные только с двух сторон — двугранные.

Необрезные ребра досок и брусков называют обзолом. В зависимости от чистоты обработки, ребер пиломатериалы бывают обрезными (без обзола) и необрезными (с обзолом).

Шпон — тонкий лист древесины. Шпон бывает строганий и лущеный. Строганный шпон получают из бревен лиственных пород путем их продольной распиловки на специальных шпонострогальных верстаках. Толщина строганного шпона 0,4−1,0 мм. Имеет красивую текстуру, благодаря чему используется для отделки (облицовки) мебели. Лущеный шпон, толщиной 0,4−1,4 мм, изготовляют лущением (обтачиванием) бревна, вращающегося на специальном верстаке. Текстура лущеного шпона однородная, малоинтересная, поэтому он используется для изготовления фанеры и облицовки столярных, стружечных и других плит.

Подбирают пиломатериалы с учетом назначения изделия. Для мебели и оборудования интерьера используют ровные полноценные доски. Для работ с пониженными требованиями к отделке (ограды, полки в мастерской или кладовой и др.) можно использовать доски с обзолом, трещинами, сучками. Для мелких изделий подойдут обрезки досок, дощечки от упаковочной тары.

Домашний мастер может с успехом использовать детали от старой мебели (двери шкафов, спинки кроватей, ножки стульев, и др.), если они не поражены жучками-точильщиками. С этих деталей нужно снять лак, краску, вынуть гвозди, снять ручки, петли, замки и т. д.

Для изготовления дверей разного назначения, встроенной мебели широко используют дощатые и каркасные щиты, столярные, древесностружечные (ДСП) и древесноволокнистые (ДВП) плиты.

Щиты. Дощатые щиты изготовляют из досок шириной 80−120 мм, соединяя их на клею в четверть, в паз и гребень, в паз на рейку, на гладкую фугу и круглые или квадратные шипы, с помощью шпонки и в наконечник. Доски кладут годовыми кольцами по очереди в разные стороны, что значительно уменьшает коробление щита.

При соединении на клею доски обстругивают со всех сторон, потом фугуют кромки так, чтобы они по возможности плотнее прилегали одна к другой. Допускаются отклонения до 0,5 мм. После подготовки доски склеиваются. Склеенные и высушенные щиты обстругивают и фугуют, проверяя работу с помощью тонкой ровной рейки, которую прикладывают к щиту, отмечая отдельные неровные места и выправляя их. Изготовленный щит обрезают до нужных размеров. В случае необходимости щит покрывают с двух сторон одновременно шпоном, фанерой или древесноволокнистыми листами. Покрывать только одну сторону нельзя, так как щит будет коробиться.

Каркасные (пустотелые) щиты состоят из каркаса, облицованного с одной или двух сторон фанерой или древесноволокнистыми плитами. Толщина щита зависит от его размеров и назначения. Если облицовку выполняют с обеих сторон, то обстругивают только те плоскости элементов каркаса, к которым приклеивается облицовка. Если облицовывают одну сторону, то рейки каркаса обстругивают со всех сторон. Раму и внутренние элементы каркаса соединяют на шипах. Количество внутренних элементов каркаса зависит от требуемой жесткости щита и от материала облицовки. Чтобы приклеить облицовку к каркасу, на склеиваемые плоскости наносят клей и запрессовывают щит с помощью струбцин или клиньев.

Столярные плиты изготовляют из узеньких реек, укладываемых впритык и обклеенных с обеих сторон лущеным шпоном. По лущеному шпону с одной или двух сторон плиты можно наклеить строганый шпон, обладающий более высокими декоративными качествами. Реечки между собой могут быть склеены, что несколько повышает прочность плиты. Столярная плита не гнется и не трескается. Толщина плиты от 16 до 50 мм, Используется для изготовления мебели, дверей, перегородок.

Плиты. Древесноволокнистые плиты изготовляют из отходов древесины, расслоенных на отдельные волокна путем соответствующей обработки и смешанных со специальными добавками. ДВП бывают мягкие (М), полутвердые (ПТ), твердые (Т), сверхтвердые (СТ) и специальные. Мягкие ДВП толщиной от 9 до 25 мм используют для термои звукоизоляции стен, перегородок, полов. Полутвердые ДВП толщиной от 6 до 12 мм используют для изготовления задних стенок мебели, ящиков и т. п. Твердые и сверхтвердые ДВП бывают толщиной от 2,5 до 6 мм. Из них изготовляют щитовые двери, задние стенки мебели и др. Сверхтвердые ДВП очень плотные, их лицевая сторона делается глянцевой, грунтованой или окрашенной.

Специальные ДВП изготовляются с лакокрасочным покрытием и многоцветным декоративным рисунком или однотонные с имитацией поверхности под облицовочную плитку. ДВП с рисунком можно использовать для устройства панелей, облицовки стен передних, изготовления мебели. Имитирующие облицовку ДВП подойдут для облицовки кухонь и санитарных узлов. Специальные звукопоглощающие плиты можно использовать для облицовки межквартирных перегородок.

Древесностружечные плиты изготовляют из измельченных отходов древесины и специально приготовленной стружки, склеиваемых синтетическим клеем под большим давлением. ДСП изготовляют однослойные, трехслойные и многослойные; низкой, средней и повышенной водостойкости; малой средней и высокой плотности; нешлифованные и шлифованные; необлицованные и облицованные шпоном или текстурированной бумагой. Толщина ДСП от 10 до 26 мм. Их можно склеивать, обрабатывать режущими инструментами, красить. Из ДСП изготовляют мебель, стены, перегородки, полы, потолки и др.

Фанера изготовляется путем склеивания четного количества листов лущеного шпона. Выпускается в листах размером 1500 Х 1500 мм, толщиной от 1,5 до 18 мм. Различают фанеру обычную и шлифованную, водостойкую и средней водостойкости. Водостойкая фанера применяется для изделий, подверженных действию влаги. Фанера средней водостойкости используется для изделий, находящихся в помещениях, обшивки и отделки внутренних частей дома. Защитить фанеру от увлажнения можно с помощью водостойких красок.

Для изготовления мебели, перегородок, устройства панелей и т. д. используются также декоративные фанеры, обклеенные с одной или двух сторон шпоном ценных пород дерева, прозрачной пленкой или бумагой, имитирующей текстуру древесины, а также лакированная фанера.

Большой прочностью отличаются фанерные плиты, склеиваемые из семи и более слоев лущеного шпона. Они имеют толщину от 15 до 78 мм и могут использоваться в домашних условиях для изготовления крышек столов, тумб и др.

Поврежденные листы фанеры можно исправить. Для этого с поврежденного участка снимают слой шпона, зачищают поверхность нижележащего слоя шпона и приклеивают вставку, вырезанную из шпона, снятого с ненужного куска фанеры, предварительно ее зачистив.

Строение дерева Типичное дерево имеет ствол, который несет ветви с листьями. Корневая система удерживает дерево в земле, к тому же она всасывает в себя из земли различные питательные вещества и воду для поддержания жизнедеятельности дерева. Ствол переносит питательные вещества от корней к листьям.

Все породы деревьев подразделяют на хвойные и лиственные (единой классификации пород деревьев в мире не существует — во многих странах она отличается от принятой у нас). Свойства древесины определяются ее строением. Поэтому для правильной обработки этого природного материала, а также для идентификации отдельных древесных пород это надо знать и учитывать. Древесина имеет волокнистое строение (рис. 1). В ней выделяют три главных среза: поперечный, или торцовый, — поперек волокон (1); радиальный — вдоль оси ствола (2) и тангенциальный — по плоскости вдоль ствола, отстоящий на любом расстоянии от оси (3). В центральной части ствола по всей его длине расположена сердцевина. Ее диаметр у хвойных пород — 2−3 мм, у некоторых лиственных — может достигать 8−10 мм. Древесина нарастает вокруг сердцевины концентрическими окружностями — годичными слоями, которые имеют неоднородное строение. Различается ранняя (ближе к сердцевине) и поздняя (ближе к коре) древесина.

Рис. 5

Ранняя нарастает весной и в начале лета, когда в почве много влаги; поздняя — в конце лета и осенью. Ранняя часть годичного слоя более светлая (у хвойных пород) или более пористая (у лиственных), чем поздняя. Ширина годичных слоев зависит от возраста дерева, условий роста, породы. Они хорошо различаются почти у всех хвойных и некоторых лиственных пород. Древесина обычно светлого цвета, но у одних пород она однородна (ольха, береза, граб), у других — более темная в центральной части (дуб, лиственница, сосна). Темная часть ствола — это ядро, светлая периферическая — заболонь. Ядро древесины состоит из мертвых, заболонь — из живых клеток. На поперечном разрезе древесины имеются светлые, часто блестящие, направленные от сердцевины к коре линии — сердцевинные лучи, которые могут быть очень узкие, невидимые невооруженным глазом — у самшита, березы, осины и всех хвойных пород; узкие, трудноразличимые — у клена, вяза, ильма, липы; широкие, хорошо видимые невооруженным глазом — у бука, дуба (настоящие широкие), граба, ольхи, лещины (ложно-широкие — пучки сближенных узких лучей). На радиальном разрезе сердцевинные лучи обнаруживаются в виде блестящих полосок или лент, расположенных поперек волокон, на тангениальном — в виде штрихов с заостренными концами или чечевицеобразных полосок, расположенных вдоль волокон. Количество сердцевин-ых лучей зависит от породы дерева: у хвойных в 2−3 раза меньше, чем у лиственных. Сердцевинные лучи на радиальном разрезе создают красивый рисунок, например у древесины дуба, бука платана, граба, ольхи и др. На поперечном разрезе лиственных пород видны отверстия — сечения сосудов, проводящих влагу. Если крупные сосуды расположены сплошным кольцом в ранней древесине, а мелкие собраны группами в поздней, то такая древесина называется кольцесосудистой. Породы, у которых крупные и мелкие сосуды распределены равномерно по всему годичному слою.

Цвет древесины определяют находящиеся в полостях клеток дубильные, смолистые и красящие вещества. Он может быть различным — белым, красным, оранжевым, розовым, желтым, фиолетовым, коричневым, черным, серым со множеством оттенков в зависимости от породы, возраста дерева, места и условий его произрастания, режима хранения древесины. Полностью окраска древесины проявляется лишь после отделки поверхности, нанесения на нее прозрачного покрытия. Без обработки она меняет окраску.

Структура древесины Древесина это масса трубчатых целлюлозных клеток, соединенных между собой органическим веществом. Клетки различаются между собой по размеру и форме, но в общем они длинные и тонкие и направлены вдоль главной оси ствола дерева или веток. Именно такая ориентация клеток формирует направление волокон и слоев. Клетки обеспечивают дереву прочность, циркуляцию сока и запас питательных веществ. У деревьев хвойных пород с мягкой древесиной, простая клеточная структура состаящая в основном из волокнистых клеток, обеспечивающих основной ток сока и прочность дерева. Они представляют собой последовательные радиальные ряды и образуют основной скелет дерева. У деревьев с твердой древесиной (лиственных) волокнистых клеток меньше, чем у хвойных деревьев. У них есть сосуды или поры, создающие опору. Именно такие особенности клеточного строения позволяют определить твердые или мягкие сорта древесины. Размеры и распределение клеток у разных пород — разное и позволяет определить структуру дерева мелкопористую или крупнопористую. Дерево прирастает по толщине годичными отложениями ткани между корой и самой древесиной. В процессе роста одни клетки формируют новую древесину, а другие луб, ту ткань которая переносит питательные вещества. С увеличением толщины дерева старая кора растрескивается, и образуется новая. Новые клетки формируют особый слой — заболонь, молодой слой дерева непосредственно под корой. Наряду с клетками вдоль ствола, есть лучевые клетки, ориентированные радиально от центра ствола. Они переносят питательные вещества в горизонтальном направлении. По мере роста дерева вокруг появившегося в прошлый год кругового слоя заболони, появляется новый. Самая старая заболонь, уже не проводит воду и постепенно химические реакции превращают ее в ядро дерева, которое представляет собой несущую основу дерева. Таким образом, размеры ядра со временем увеличивается, а размер заболони остается приблизительно одинаковым в течение всей жизни дерева. Заболонь обычно имеет светлый цвет, в отличие от ядра, имеющего темный цвет. Разница цвета не так заметна у светлых мягких слоев древесины. По качеству заболонь хуже чем ядро дерева. Заболонь не так устойчива к загниванию и подвержена заражению жучками. Также заболонь ссыхается больше, чем ядро. В то же время пористая структура заболони позволяет легко впитывать в себя красящие и защитные вещества.