Лесные материалы

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный 

инженерно-экономический  университет»

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине:

 

«Строительные материалы»

 

На тему:

 

«Лесные материалы»

 

 

 

 

Выполнил: Божко А.В.

Студент 3 курса

Преподаватель: Коновалов В.Ф.

Должность: канд. технич. наук, доц.

Оценка:______________Дата________________

Подпись:_________________________________

 

Cанкт-Петербург

2012

 

 

 

1. Строение древесины

Древесина является одним  из древнейших строительных материалов. Из нее изготовляют не только различные  конструктивные элементы

Древесина является сырьем для  изготовления отделочных материалов, фибролита, древесноволокнистых и  древесностружечных плит, для производства мебели и паркета. Широкому применению древесины способствуют такие положительные  свойства, как высокая прочность  при небольшой о ъгмной массе, малая теплопроводность и легкость механической обработки. К недостаткам древесины следует отнести: неоднородность строения, обусловливающую различные показатели прочности и теплопроводности вдоль и поперек волокон, подверженность гниению, сгораемость и легкая возгораемость, высокая гигроскопичность, наличие разнообразных пороков (сучки, трещины, косослой, кривизна ствола, свилеватость и др.).

 

В современном индустриальном строительстве лесные материалы  занимают значительное место среди  других строительных материалов. Их применяют  для изготовления несущих и ограждающих  деревянных конструкций зданий и  сооружений, столярных изделий, опалубки, устройства подмостей, шпал и т.д. Кроме  того, отходы древесины (стружки, опилки, сучья, горбыли, рейки) широко используют для производства арболита, фибролита, ксилолита, древесно-цементных, древесноволокнистых и древесностружечных плит. Широкое применение лесных материалов в строительстве объясняется главным образом наличием у них ряда положительных свойств. Они обладают высокой прочностью, малой средней плотностью, легкостью обработки, высокой морозостойкостью и стойкостью к действиям растворов солей, щелочей, органических кислот.

Древесина состоит из живых  и отмерших клеток, имеющих различные  форму, величину и выполняющие разные функции. Древесина содержит проводящие, механические и запасающие клетки. Проводящие клетки служат для передачи питательных веществ от корней к  ветвям и листьям. Это так называемые сосуды (у лиственных пород) и трахеиды (у хвойных пород). Механические клетки вытянуты в длину, имеют толстые стенки и узкие внутренние полости. В древесине лиственных пород функции механических клеток выполняет так называемый либриформ (клетки веретенообразной формы), а в древесине хвойных пород — трахеиды поздней древесины. Запасающие клетки служат для хранения питательных веществ и передачи их живым клеткам в горизонтальном направлении. Они находятся в основном в сердцевинных лучах. Каждая живая клетка древесины имеет клеточную оболочку и находящиеся внутри нее протоплазму, клеточный сок и ядро.

Химический состав древесины  всех пород в среднем содержит 49,5% углерода, 6,3% водорода, 44,1% кислорода, 0,1% азота. На долю оболочек клеток приходится около 95 % массы.

Главными составными частями  оболочек являются целлюлоза (43...56 %) и  лигнин (19...30 %). Остальную часть оболочек занимают гемицелюллозы, пектиновые вещества, минеральные соли, жиры, эфирные масла, алкалоиды, гликозиды и т.д.

Различают следующие главные  части (макроструктуру) ствола: кору, луб, камбий, заболонь, ядро, сердцевину, сердцевинные лучи и годовые слои.

Кора состоит из наружного (корки) и внутреннего (луба) слоев. Она  защищает дерево от температурных и  механических воздействий. Под лубом  находится тонкий слой камбия, состоящего из живых клеток. Идущий за камбием  толстый слой древесины состоит  из ряда тонких концентрических слоев, внутренняя часть которых называется ядром, а периферийная — заболонью. Существуют породы, например береза, клен, ольха и др., у которых ядро отсутствует. Такие породы называются заболонными. По этим признакам все древесные породы классифицируют на ядровые (имеющие ядро и заболонь), заболонные (лишенные ядра, имеющие только заболонную древесину) и сйелодревесные (имеющие не ярко выраженное ядро — спелую древесину и заболонь).

Все древесные породы классифицируются на хвойные и лиственные. Наибольшее распространение в строительстве находят хвойные породы. К ним относят сосну, ель, пихту, лиственницу и кедр. За последние годы в связи со значительным ростом объемов капитального строительства в промышленности стали все больше применяться и лиственные породы, такие, как дуб, бук, береза, осина, липа, граб, ольха, вяз и др.

 

  2. Свойства древесины

 

Основные свойства древесины  классифицируются на физические и механические. Физические свойства древесины характеризуются цветом, блеском, текстурой, плотностью, гигроскопичностью и др. Механические свойства древесины характеризуются прочностными и деформативными показателями при различном ее напряженном состоянии (прочность при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании, модуль упругости и сдвига, ползучесть, усадка и др.).

Физические свойства древесины. Рассмотрим те физические свойства древесины, которые имеют наибольшую значимость для строительной индустрии.

Влажность древесины оказывает  значительное влияние на ее свойства. Древесина содержит свободную (в  полостях клеток) и связанную (в оболочках  клеток) влагу.

Полная (при удалении всей связной влаги) усушка составляет в  тангенциальном направлении для  древесины различных пород б... 10 %, а в радиальном направлении 3...5 %, вдоль волокон 0,1...0,3 %, полная объемная усушка примерно 12... 15 %. Вследствие разницы значений радиальной и тангенциальной усушки при высыхании (или увлажнении) наблюдается коробление древесины.

Объемная масса, или средняя  плотность, древесины зависит от ее влажности и объема пор. Плотность  древесного вещества (удельная масса) у всех пород одинакова (так как  одинаков их химический состав) и примерно равна 1,5. Плотность древесины из-за наличия в ней полостей меньше плотности древесного вещества и  колеблется в значительных пределах в зависимости от породы, условий  роста, положения образца древесины  в стволе и т.д.

Механические свойства древесины. При использовании древесины  в качестве конструкционного материала и создании композиционных материалов возникает необходимость учитывать способность древесины сопротивляться действию усилий, т.е. ее механические свойства. К механическим свойствам древесины относятся ее прочность и деформативность, а также связанные с механическими воздействиями некоторые ее эксплуатационные свойства.

 

Прочность древесины характеризует  ее способность сопротивляться разрушению под действием механических нагрузок. Показателем этого механического  свойства служит предел прочности —  максимальная величина напряжений, которые  выдерживает материал без разрушения. Предел прочности устанавливают  при испытаниях образцов древесины  на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг  и (очень редко) при кручении. Древесина  относится к анизотропным материалам, поэтому определение показателей  прочности проводят по разным структурным  направлениям — вдоль и поперек  волокон (по радиальному и тангенциальному  направлениям).

 

Деформативностью древесины называют ее способность изменять свои размеры и форму при воздействии усилий. Показателем деформативности древесины служат модули упругости, коэффициенты поперечной деформативности, модули сдвига, длительные модули упругости, ползучесть, усадка и др.

При расчете элементов  деревянных конструкций необходимо знать механические свойства древесины  и аналитическое определение  напряженного и деформированного ее состояний. Многие конкретные задачи решаются методами теории упругости и сопротивления материала.

К числу эксплуатационных и технологических свойств, проявляющихся  при воздействии усилий, можно  отнести: твердость, ударную вязкость, износостойкость, способность удерживать крепления и др. По своим механическим свойствам древесина относится  к анизотропным материалам. Она имеет  существенное различие в показателях  прочностных и деформативных свойств по разным структурным направлениям. Наибольшую прочность и жесткость древесина имеет вдоль волокон, наименьшую — в поперечном направлении.

Показатели механических свойств древесины зависят от ее влажности. При увлажнении древесины до предела насыщения клеточных стенок показатели всех механических свойств резко уменьшаются. При дальнейшем повышении влажности древесины (свыше 30%) показатели механических свойств практически не изменяются.

Некоторые ориентировочные  показатели физико-механических свойств древесины приведены в табл. 7.1 ....7.5.

При расчете конструкций  из древесины, работающих на сжатие, изгиб, растяжение или в условиях сложного напряженного состояния, числовые величины показателей механических свойств древесины берут из нормативно-справочной литературы с учетом переходных коэффициентов к расчетным сопротивлениям древесины в зависимости от породы.

 

  3. Строительные материалы на основе древесины

 

К основным древесным строительным материалам относятся круглые лесоматериалы, пиломатериалы, клееные изделия  и конструкции, древесностружечные, древесно-цементные и древесноволокнистые  плиты, арболит, фибролит, ксилолит и др.

Круглые лесоматериалы —  отрезки древесного ствола разных пород  и размеров, очищенные от коры и  сучьев. В целом виде круглые лесоматериалы  применяют в строительстве в  качестве стенового материала, опор и столбов для воздушных линий  связи и линий электропередачи  и настила при строительстве  мостов, дорог, для ограждения территорий и т.д.

Выработанные из круглых  материалов, сохранившие природную  структуру древесины, пиломатериалы, колотые лесоматериалы (клепка для  бочек), строганый и лущеный шпон и другие относятся к группе обработанных.

Пиломатериалы-— продукция, получаемая при раскрое бревен, имеющая стандартные размеры и качество, используемая в целом виде или для выработки заготовок, деталей и изделий из древесины. В пиломатериалах продольные и широкие стороны называют пластями, продольные узкие — кромками, а перпендикулярные им — торцами. Линии пересечения пластей и кромок пиленой продукции называются ребрами. Часть поверхности бревна, оставшаяся на пиломатериалах, называется обзолом.

По породам древесины  пиломатериалы делятся на две  основные группы: хвойные и лиственные. По размерам поперечного сечения  они разделяются на брусья, бруски и доски (7.1).

Брусья — пиломатериалы  толщиной и шириной 100 м и более. По числу пропиленных пластей различают двух-, трех- и четырех-кантные брусья. Бруски — пиломатериалы толщиной до 100 мм и шириной не более двойной толщины. Доски — пиломатериалы толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.

Пиломатериалы могут быть обрезными (7.1, в-—д) и необрезными (7.1, а, б, е). У обрезных пиломатериалов пласти и кромки пропилены по всей длине; у необрезных пласти пропилены, а кромки не пропилены или пропилены частично, и величина непропиленной части превышает допустимые размеры для обрезных

пиломатериалов. При выработке  пиломатериалов образуется попутная пилопродукция в виде обапола. Обапол — пилопродукция, получаемая из боковой части бревна и имеющая одну пропиленную, а другую непропиленную или частично пропиленную поверхность.

Из пиломатериалов изготовляются  для нужд строительной индустрии различные изделия и конструкции, описанные ниже.

Ш п а л ы — продукция, получаемая при продольном распиливании бревен с поперечным сечением, близким к брусьям, длиной 1,35...2,7 м. Шпалы применяют в железнодорожном строительстве.

Шашка из древесины представляет собой бруски четырех- или шестигранной формы. Высота шашки для полов 60...80 мм; для дорожных мостовых покрытий 100...120 мм, ширина 50...100 мм. Влажность  древесины для шашки должна быть не более 25 %. Шашки изготовляют из древесины хвойных и твердых  лиственных пород, за исключением пихты, березы, бука и дуба. Учитывают шашку  в квадратных метрах их торцовой поверхности.

Полуфабрикаты, заготовки  и изделия. Полуфабрикаты и заготовки  — это доски или бруски, прирезанные  применительно к заданным размерам, с соответствующими припусками на механическую обработку и усушку. К ним относятся шпунтованные доски для полов, плинтусы, галтели для заделки пространства между полом и стенками, наличники для обшивки оконных и дверных коробок.

Строительные детали —  это элементы сборных домов, различные  столярные изделия, изготовленные  на специализированных заводах. Наиболее прогрессивными являются клееные деревянные конструкции.

Клееные деревянные конструкции  — изделия, получаемые путем склеивания досок (брусков) и фанеры. Технология изготовления клееных конструкций  состоит из следующих основных операций: сушки» отбора и сортировки пиломатериалов, обработки поверхностей для склеивания, нанесения клея, запрессовки, выдерживания в прессах под давлением, обработки  поверхностей готовых элементов  и отправки их на склад готовой  продукции.

Пиломатериалы, предназначенные  для изготовления клееных конструкций, высушивают до влажности 10...15 %, сортируют  по качеству, раскраивают по длине  с вырезкой дефектных мест и подготавливают для склейки на «зубчатый шип». Размер склеенной нитки досок  обычно равен длине конструкции  или ее элемента. После склейки  осуществляют стружку элементов  на четырехстороннем строгальном станке.

Запрессовка клееных деревянных конструкций обычно осуществляется в специальных горизонтальных и  вертикальных ваймовых прессах, а также в пневматических и гидравлических прессах. При запрессовке пакета необходимо соблюдать два основных требования:

1) тщательную калибровку  досок (недопустимы их покоробленность и различная толщина); 2) равномерное нанесение клея на склеиваемые поверхности при строгом соблюдении установленной инструкцией вязкости клея и времени обработки и запрессовки.

После выдерживания до отверждения  клея конструкции подают на пост отделки, где их очищают от потеков клея и покрывают лакокрасочными материалами, иногда для повышения био- и огнестойкости (эти операции могут быть выполнены на пиломатериалах до их склеивания) — антисептиками и антипиренами. Эти конструкции все шире используются в народном хозяйстве благодаря малой плотности, большой прочности и стойкости при эксплуатации в различных условиях, в том числе в агрессивных средах, возможности изготовления любых размеров и форм.