Древесина

Условия работы древесины в гидротехнических сооружениях

значительно отличаются от условий в обычных наземных сооружениях. Для многих гидротехнических сооружений режим влажности постоянно меняется вследствие естественного или искусственного понижения уровня воды; происходящее при этом переменное увлажнение и высыхание деревянных элементов способствует созданию благоприятной среды для их гниения. Кроме того, на древесину может влиять длительное воздействие ударных и вибрационных нагрузок, химический состав воды и т. п.

Выбор древесины

Поэтому при выборе древесины необходимо учитывать ее стойкость против загнивания и механическую прочность.
В зависимости от условий среды долговечность древесных пород, различна. Так, в незащищенных от увлажнения нонструкциях малоустойчивы: ель, пихта, береза, бук, клен; в сырых местах высокой устойчивостью обладают: лиственница, дуб, ольха; относительно устойчивы в этих же условиях сосна, кедр.

Проведенные исследования позволили установить, что в результате воздействия среды, в которой древесина находилась 70 лет, полезное поперечное сечение деревянных элементов уменьшилось на 15—20% вследствие порчи их наружной части, вызванной процессом выщелачивания и ослизнения древесины пресной водой. Прочность древесины наружных слоев (на толщину 10— 15 мм) оказалась настолько малой, что она легко поддавалась смятию и разрушению при простом нажатии ногтем. Микроскопическим анализом установлено полное разрушение клеток и отсутствие какой-либо связи между ними.
За пределами поврежденного наружного слоя, а именно в заболони и в ядре, не обнаружено следов разрушения структуры клеток. Таким образом, механическая прочность исследуемой воздушно-сухой древесины при сжатии, изгибе, скалывании оказалась не ниже норм, допускаемых для здоровой древесины.

Соли натрия, кальция, калия и др., находящиеся в морской воде, оказывают на древесину гидротехнических сооружений большее влияние, чем речная пресная вода. Исследования проф. С. И. Ванина показали, что прочность древесины свай ), находившихся около 30 лет в воде, на 40—70% ниже, чем у нормальной древесины, не бывшей в воде.

Основная порода древесины, применяемая в строительстве гидротехнических сооружений, сосна. Дуб и лиственница используются в конструкциях, от которых требуется высокая прочность и стойкость против загнивания. Для изготовления мелких деталей нагелей, шпонок, клиньев, подкладок и т. п. применяют дуб, бук и другие твердые породы.
По прочности древесина должна удовлетворять следующим требованиям.

Предел прочности для древесины сосны 1-го и 2-го сортов (при испытании стандартных образцов с влажностью 15%) должен быть не менее:

• при сжатии вдоль волокон…………………. 300 кг/см2
• при изгибе …………………………………………  500 кг/см2
• при скалывании вдоль волокон…………. 50 кг/см2

Расчетный объемный вес для сзежесрубленной и сырой древесины составляет: для сосны 800 кг/м3, для дуба 1000 кг/м3.

Качество лесоматериалов

Качество лесоматериалов должно удовлетворять требованиям ГОСТ и дополнительным требованиям для несущих конструкций гидротехнических сооружений.
Ни в одном из сортов лесоматериалов не допускается гнили.
Для растягиваемых и изгибаемых элементов несущих конструкций применяют лесоматериалы 1-го сорта, а для сжатых элементов лесоматериалы 2-го сорта.
Древесина капитальных портовых сооружений, находящаяся в. условиях, где она может быстро загнивать или портиться древоточцами, обязательно должна быть хорошо антисептирована.

Породы древесины

Основная статья: Список пород древесины

Хвойные деревья, а именно сосна, ель, кедр, относятся к голосеменным растениям, они поставляют основную часть древесины, используемой человечеством («мягкие породы»). Покрытосеменные растения делятся на два класса — однодольные и двудольные. Древесная ткань есть у немногих из однодольных (бамбук, пальмы, юкка), она находит ограниченное применение. К двудольным относятся важные лиственные («твердые») породы — дуб, эвкалипт, клен, древесина которых находит широкое применение в производстве мебели и отделочных материалов.

Ценные породы древесины

Ценность различных пород древесины заключается в их прочности, долговечности и неповторимости рисунка. Такая древесина используется для изготовления красивой мебели, паркета, дверей, различных предметов интерьера, считающимися элитными, учитывая исходно высокую стоимость и размер усилий, затрачиваемые на её обработку. В России наиболее распространены следующие породы: дуб, вишня, бук, груша, палисандр, махагони, грецкий орех, клён (белый, сахарный, остролистный).

Основные эксплуатационные показатели

• Твёрдость — показатель срока службы верхнего слоя древесины. Чем выше твёрдость, тем медленнее идёт износ. Одним из показателей твёрдости является шкала Янка.
• Стабильность и уровень усадки — показывает совместимость различных пород древесины при совместном использовании (в паркете, инкрустациях и т. п.). Также показывает пригодность их использования в различных климатических условиях.
• Степень окисления — показывает изменение цвета древесины под воздействием света. Чем выше степень, тем больше темнеет древесина.
• Выразительность текстуры — влияет на зрительное восприятие человеком. При большей контрастности создаётся больший возбуждающий эффект.
• Стойкость к нагрузкам — способность древесины выдерживать те или иные нагрузки.

Для каждой породы (иногда даже для различных частей дерева) все его свойства могут быть различны, это зависит от различных условий, в которых росло то или иное дерево.

Что такое железное дерево

Людей, по своей природной любознательности интересует, что это за феномен. Тем более, за какие особенности называется железным деревом. Из-за чего применяется взрослая древесина и почему свойства породы дорого оцениваются.

Каждая страна владеет «коренным» растением, у которого структура выглядит железным полотном и обладает свойством металла. Такие растения по своему обыкновению являются долгожителями, потому что волокна древесины нарастают медленно. Материал из крепких деревьев используется в строительном и транспортном направлении.

Многолетнее растение невооруженным глазом ничем не отличается от собратьев. Развиваются медленно и с легкостью преодолевают двухсотлетний рубеж. Встречаются экземпляры с 500-летним периодом стояния. На срезах стволов сложно разглядеть годичные кольца, указывающие на возраст, они почти невидимые.

Как появились ткани у растений? Понятие о ткани

С появлением в истории Земли многоклеточных существ возникла возможность в дифференциации их клеток. Первые признаки их различий наблюдаются у колониальных протист, например у вольвокса, похожего на шар. Его наружные клетки, снабжённые жгутиками, решают необходимые для жизни проблемы: питания, фотосинтеза, движения и др. Другие клетки вольвокса способны к размножению и основанию новых колоний.

Тело многоклеточных зелёных неприкреплённых водорослей построено из цепочки однотипных клеток. У прикреплённых к почве водорослей нижняя часть клеток лишилась хроматофор с хлорофиллом и стала ризоидами (нити для прикрепления к субстрату), клетки верхней части осуществляют функции получения питания и размножения. Продвинутые бурые водоросли имеют специальные группы клеток, осуществляющие разные функции: опорную и защитную (покровные). В их талломе есть фотосинтезирующие, проводящие и запасающие клетки. Но водоросли не имеют настоящих тканей и органов.

Рис. 1. Фотосинтезирующая ткань

 Разнообразные сложные группы специализированных клеток появляются у высших наземных растений. Примитивные ткани имеют мхи, папоротники. Особенно развиты в этом плане цветковые растения. С выходом из воды им пришлось приспособиться ко многим вещам. Для сохранения влаги у них появилась кожица, для проведения веществ клетки объединились в трубки, в качестве защиты от ветра они приобрели опорные ткани. Став строго специализированными, многие клетки потеряли способность делиться. Поэтому у растений есть такие участки, где расположены молодые клетки, делящиеся и образующие новые ткани. От них зависит рост растения.

Ткани растений и всех живых организмов вообще — это комплексы из одинаковых или нескольких разных типов клеток, отвечающих за определённые функции.  Если ткань состоит только из одинаковых клеток, то она называется простой, если она построена из нескольких разных клеток, то она именуется сложной. Как и ткани нашей одежды — одни защищают от холода, другие от дождя, третьи согревают, четвёртые смягчают прикосновения, так и у растений одна группа клеток защищает, другая проводит вещества, третья придаёт им прочность и др.

Микроструктура древесины. Строение клетки древесины

Микроструктура — это строение древесины, видимое только при значительном увеличении, т. е. под микроскопом.

Древесина состоит из очень большого числа живых и омертвевших клеток различной формы, величины и назначения.

Живая клетка древесины

состоит из оболочки (стенки) и содержимого протопласта (плазмы и ядра).
Оболочку или стенку клеток в основном образует вещество, называемое целлюлозой или клетчаткой.
Со временем в клетчатке под действием плазмы происходит химическое изменение одревеснение, связанное с образованием оболочке живой клетки особого вещества лигнина, благодаря которому оболочка упрочняется, но становится более хрупкой.

Рис. 3 Сосуды: 1 — липы; 2 и 3 — бука; 4 — дуба

Основные элементы древесных тканей

Основными элементами, входящими в состав органической части древесных тканей, являются углерод, кислород, водород и азот. Химический состав сухой древесины: С — 49,5%, О и N — 44,2 % (в том числе азота около 1 %), Н — 6,3 %
Целлюлоза в чистом виде не растворяется в воде, спирте, бензине, эфире. При действии на древесину горячих кислотных или щелочных растворов в условиях высокого давления лигнин и другие углеводы (гемицеллюлоза) переходят в раствор, а целлюлоза не растворяется. На этом основано получение целлюлозы из древесины.

Классификация клеток древесины.

Клетки древесины могут быть классифицированы по выполняемым ими функциям:

• а) проводящие;
• б) опорные (древесные волокна);
• в) запасающие.

Рис. 4. Схема расположения клеток в древесине хвойных пород: 1— в ранней древесине; 2 — в поздней древесине

Проводящие клетки сосуды и трахеиды.

По этим клеткам по стволу от корней к ветвям и листьям проходит вода с растворенными в ней минеральными веществами.
Сосуды представляют собой тонкостенные широкополостные трубочки, расположенные по вертикали одна над другой и утратившие полностью или частично поперечные стенки (рис. 3). Диаметр сосудов от 0,04 до 0,3 мм; длина в среднем около 100 мм, но в отдельных случаях она достигает 2—3 м.
Трахеиды представляют собой удлиненные клетки до 10 ммдлиной и 0,01—0,3 мм толщиной (клетки в поперечном сечении имеют форму многоугольника).

Древесина хвойных пород

Древесина хвойных пород состоит главным образом из трахеид, занимающих 90—95% общего объема древесины.
Размеры трахеид в пределах одного и того же годичного слоя неодинаковы; трахеиды ранней древесины имеют сравнительно широкую полость и тонкую стенку, а трахеиды поздней древесины — узкую полость и утолщенную стенку (рис. 4).
На боковых поверхностях трахеид, а также сосудов имеются микроскопические отверстия — поры f и h (рис. 3), через которые они сообщаются в поперечном направлении.

Рис. 5. Древесные волокна: 1— менее утолщенные (липа); 2—сильно утолщенные (бук).

Трахеиды

Трахеиды у хвойных пород являются одновременно и водопро-, водящей и опорной тканью; механические свойства древесины — находятся в прямой зависимости от прочности трахеид поздней древесины.
В древесине лиственных пород имеются древесные волокна,— это узкие и относительно толстостенные, вытянутые в длину; клетки с заостренными концами. Благодаря этим толстостенным; и прочным элементам, их плотному соединению между собой и равномерному распределению по годичному слою эти клетки придают древесине лиственных пород необходимую прочность.

Опорной тканью в стволах лиственных пород являются древесные волокна (рис. 5), а в хвойных трахеиды поздней древесины. Запасающие клетки находятся главным образом в сердцевинных лучах. Эти клетки служат для передачи питательных веществ живым клеткам. Кроме того, они хранят в себе запасы этих веществ на зимний период. Связь этих клеток с соседними непрочная.

На рис. 6 приведена схема строения древесины ели, на которой показан характер расположения клеток на торцевом, радиальном и тангентальном разрезах.

Рис. 6. Расположение клеток в древесине  ели: 1— клетки поздней древесины; 2— клетки ранней древесины; 3 — запасающие клетки сердцевинных лучей; 4 — поры в стенках клеток.

Почва

Поверхность нашей планеты покрывает особый слой земли – почва. Это целый мир, в котором живёт множество организмов.

В почве обитают муравьи, дождевые черви, различные жуки и их личинки. Здесь встречаются и более крупные животные: мыши, кроты, хомяки.

В почве живёт огромное количество микроскопических бактерий и грибов.

Верхний слой почвы густо оплетён корнями растений. Они дышат воздухом, который содержится в почве, получают из неё воду и необходимые питательные вещества.

Почва не всегда была на нашей планете. Древние горные породы разрушались, образуя рыхлый слой из мелких камешков, песка и глины. Со временем его заселили неприхотливые живые организмы. Из их остатков образовался перегно́й. Позже стали появляться растения и животные. Так очень медленно, под действием живых организмов, из камешков, глины и песка образовалась почва.

Основное свойство почвы – плодоро́дие. Плодородная почва обеспечивает растения питательными веществами и влагой. Чем больше перегноя содержится в почве, тем она плодороднее.

Чтобы выяснить, из чего состоит почва, проделаем опыт.

ОПЫТ

Определение состава почвы:

1) наличие в почве глины и песка;

2) наличие в почве воздуха;

3) наличие в почве воды;

4) наличие в почве перегноя;

5) наличие в почве солей.

Итак, почва состоит из перегноя, песка, глины, минеральных солей, воды и воздуха.

Почва – это верхний плодородный слой земли.

Вопросы

1. Что такое почва?

2. Из чего образуется перегной?

3. Из чего состоит почва?

4. Кто живёт в почве?

Микроскопическое строение древесины

Только микроскопическое строение древесины отвечает в полной мере на вопрос: что же такое древесина? Множество разнообразных клеток, скрепленных между собой — это есть древесная масса. Каждая клетка наполнена протопластом, а межклеточное пространство — сложными полимерными соединениями. Однозначные по строению и функциям клетки создают соответствующие ткани: механические (опорные), проводящие и запасающие.

Оболочка клетки создана из природных высокомолекулярных полимеров: углеводов (70 — 80%) и лигнина (20 — 30%). Углеводная часть представлена холоцеллюлозой, гемицеллюлозой и целлюлозой. Лигнин — аморфное вещество, связывающее целлюлозные волокна между собой, благодаря чему целлюлоза приобретает прочность и эластичность. Лигнин и целлюлоза пропитывают стенки клеток, вызывая их одревеснение. В результате оболочка становится жесткой, твердой, по своей прочности не уступающая железобетону.

Торговля древесиной

По состоянию на 2017 год древесина (необработанные лесоматериалы) занимали 219-е место среди наиболее торгуемых продуктов на мировом рынке, объем сделок оценивается в 14,5 млрд. долл. США

Крупнейшими экспортерами были:

• Новая Зеландия ($2 млрд. долл. США) — 14%
• США ($1,87 млрд. долл. США) — 13%
• Россия ($1,48 млрд. долл. США) — 10%
• Папуа-Новая Гвинея ($0,558 млрд. долл. США) — 3,9%
• Канада ($0,550 млрд. долл. США) — 3,8%

Крупнейшие импортеры:

• Китай ($8,64 млрд. долл. США) — 60%
• Австрия ($0,669 млрд. долл. США) — 4,6%
• Германия ($0,621 млрд. долл. США) — 4,3%
• Южная Корея ($0,506 млрд. долл. США) — 3,5%
• Япония ($0,486 млрд. долл. США) — 3,4%

Древесина является ключевым экспортным товаров таких стран как Соломоновы Острова и Центрально-Африканская Республика.

Россия потеряла $30 млрд из-за ограничений экспорта круглого леса, такое заключение сделал журнал «Лесная индустрия». Снижение объёмов экспорта необработанной древесины наблюдалось в течение пяти лет с 2008 г., когда правительство России повысило пошлину на её экспорт, стараясь простимулировать приток инвестиций в деревообработку. Если в 2007 г. страна поставила на экспорт 75,55 млн м3 на сумму $6,03 млрд, то в 2008 г. произошло снижение до 48,6 млн м3 ($4,5 млрд), в 2009 г. — 21 652 млн м3 ($1,9 млрд), в 2010 г. — 21,24 млн м3 ($1,855 млрд), в 2011 г. — 20,93 млн м3 ($1,998 млрд), в 2012 г. — 17,6 млн м3 ($1,53 млрд). С 2007 г. стоимость внешних поставок кругляка упала на 46 %. Если предположить, что без введения запретительной ставки экспорт необработанной древесины остался бы на уровне 2007 г., то за шесть лет недополученный доход от экспорта составляет $30 млрд. Россия быстро потеряла первое место среди поставщиков кругляка в Китай — крупнейший по объёмам импорта рынок. Её долю «отъели» Канада и Новая Зеландия, нарастившие поставки в Поднебесную, несмотря на мировой финансовый кризис.

Переработка древесины

Способы переработки древесного сырья делят на три группы: механические, химико-механические и химические.

Механическая переработка древесины заключается в изменении её формы пилением, строганием, фрезерованием, лущением, сверлением, точением (на токарном станке), резьбой, раскалыванием и измельчением. В результате механической обработки получают разнообразные товары народного потребления и промышленного назначения, продукцию и сырьё для смежных перерабатывающих отраслей промышленности. Механическим истиранием древесины получают волокнистые полуфабрикаты.

При химико-механической переработке получают промежуточный продукт из древесины, однородный по составу и размерам, — специально резаную стружку, дроблёный шпон. Промежуточный продукт, получаемый механическим способом, покрывают связующим веществом. Под действием температуры и давления происходит реакция полимеризации связующего, в результате чего промежуточный древесный продукт прочно склеивается. При химико-механической переработке получают фанеру, столярные, древесностружечные и цементно-стружечные плиты, арболит и фибролит. Химико-механический способ используют при получении волокнистых полуфабрикатов в целлюлозно-бумажной промышленности.

Химическая переработка древесины осуществляется термическим разложением, воздействием на неё растворителей щелочей, кислот, кислых солей сернистой кислоты.

Термическое разложение или пиролиз древесины, осуществляется нагреванием древесины при высокой температуре без доступа воздуха. При пиролизе получают твёрдые, жидкие и газообразные продукты. Из них наибольшее практическое значение имеет древесный уголь.

При помощи растворителей из древесины, предварительно измельчённой в щепу, извлекают различные экстрактивные вещества. При экстракции водой получают дубители. Клеящие свойства камеди, извлекаемой водой из древесины лиственниц используются в полиграфической, текстильной и спичечной промышленности. При экстракции бензином пнёвого осмола, измельчённого в щепу, из древесины извлекают канифоль. Её широко используют для получения высококачественной бумаги, как заменитель жиров в мыловарении, для производства лаков, линолеума, резины, электротехнических и других изделий.

При производстве клееной древесины

• Распил на доски.
• Сушка в сушильной камере до достижения необходимого коэффициента влажности.
• Контроль заготовок на предмет дефектов.
• Пропитка антисептическими средствами (препятствует развитию плесени внутри конструкции и гниению дерева) и антипиренами.
• Склейка обработанных заготовок.
• Прессование изделий на специальном оборудовании до полного высыхания клея.
• Обработка полученного клееного бруса: профилирование, торцевание и придание товарного вида.

Переработка древесины в целлюлозно-бумажном производстве

Основная статья: Целлюлозно-бумажное производство

Для производства бумаги и картона широко применяются волокнистые полуфабрикаты в виде древесной массы и целлюлозы. Для нужд бумажного и картонного производства используется около 93 % целлюлозы. Остальная часть служит сырьём для химической переработки на искусственное вискозное или ацетатное волокно, киноплёнку, пластмассу, бездымный порох, целлофан и другие продукты.

Переработка древесины при производстве древесно-волокнистых плит

Плиты находят широкое применение в строительстве, малоэтажном стандартном домостроении, автомобиле- и судостроении, производстве мебели, контейнеров и ящиков. Для производства древесно-волокнистых плит используют древесное сырьё, предварительно измельчённое в щепу. Потребление 1 млн плит, изготовленных из отходов, сберегает 54 тыс. м³ круглых деловых лесоматериалов.

Древесина содержит целлюлозу и гемицеллюлозы — естественные высокомолекулярные полимеры — полисахариды, которые путём реакции присоединения воды можно опять превратить в простые сахара. Эта реакция, называемая гидролизом, позволяет перерабатывать древесину в пищевые и кормовые продукты.

Популярные металлы для изготовления обручальных колец

При выборе металла для ювелирных изделий изначально следует проанализировать, какие украшения вы носите в повседневной жизни, ведь обручальное кольцо на вашем пальце будет присутствовать всегда

И важно, чтобы оно лучше всего сочеталось с другими драгоценностями. Наиболее популярными металлами для обручальных колец являются следующие

Золото

Золото является самым популярным металлом для изготовления обручальных колец, оно смотрится всегда очень аккуратно и стильно. Золото может быть разных оттенков: розового, белого, желтого. Обручальное кольцо из розового золота часто предпочитают юные изящные девушки. Мужчины же чаще всего отдают предпочтение желтому оттенку, к которому легко подобрать часы или запонки.

Белое золото для обручальных колец охотно выбирают как девушки, так и парни. Оно отлично подходит к любому стилю одежды и другим украшениям. Такие кольца выглядят элегантно и дорого, особенно в сочетании с драгоценными камнями.

Стильно и изысканно смотрятся обручальные кольца из двух металлов, что делает их оригинальными и интересными. Самым популярным считается сочетание в одном кольце трех видов золота, например розового, белого и желтого. Комбинированные кольца из золота отлично подойдут для девушек любого возраста и стиля.

Серебро

Серебряные украшения молодожены выбирают для себя реже золотых. Такие обручальные кольца смотрятся красиво и стильно. Они подчеркивает индивидуальность жениха и невесты, несмотря на экономичность данного металла. Серебро не вызывает аллергии и является самым безопасным металлом для человека.

Платина

Платина отличается от вышеперечисленных металлов своей дороговизной и прочностью. Если в обручальном кольце планируются вставки из драгоценных камней, можете не сомневаться, из какого металла оно должно быть. В платиновом кольце камень никогда не выпадет и не пожелтеет, а крепление не расшатается. Платина, как и серебро, является гипоаллергенным металлом, никогда не желтеет и не теряет свой цвет.

Титан

Кольца из такого материала подходят для смелых и неординарных людей, любящих интересные украшения. Большой популярностью пользуются широкие обручальные кольца из титана черных и серебристых оттенков. Титан не вызывает аллергии, не окисляется и отличается невысокой стоимостью. Обручальное кольцо из титана со временем не потемнеет, не покроется трещинами и царапинами.

Вольфрам

Популярность в последнее время набирает именно этот материал для обручальных колец. Он обладает очень высокой прочностью, имеет красивый блеск, смотрится очень стильно и современно. В отличие от других нетрадиционных материалов, обручальные кольца из вольфрама не нуждаются в специальном уходе.

Палладий

Палладиевые обручальные кольца отличаются большой прочностью и не вызывают аллергии. Этот необычный металл входит в состав метеоритов, благодаря чему обручальные кольца из палладия станут подтверждением волшебной любви, какой хочется каждой брачующейся паре.