Экзамен модифицирование. 1. Макро и микростроение древесины Макроструктура
 Скачать 0.56 Mb.
|
|
1. Макро- и микростроение древесины Макроструктура- строение видно невооруженным глазом или при небольшом увеличении - получается при рассматривании разреза ствола дерева по 3 направлениям (торцевой (поперечный), радиальный, тангенциальный). Основные части ствола дерева: 1 сердцевина,2 сердцевидные лучи, 3 ядро, 4 заболонь, 5 годичные слои, 6 сосуды или смоляные ходы. Сердцевина представляет собой рыхлую ткань, состоящую из клеток с тонкими, слабо связанными друг с другом стенками. Размеры сердцевидной трубки невелики: до 10 мм или чуть больше. У спиленного дерева это самая слабая часть ствола нередко крошится и легко загнивает (не допускается в досках и брусках, предназначена для растянутых и изгибаемых конструкций, имеет свойство выкрашиваться). Сердцевидные лучи светлые, часто отличающиеся блеском линии, направленные от сердцевины к коре, играют важную роль в создании текстуры древесины. Ядро - внутренняя часть ствола, образующаяся по мере роста дерева, когда внутренняя, наиболее старая часть древесины ствола отмирает, проводящая и запасающая системы перестают функционировать, а клерки уплотняются (прочность, стойкость к загниванию), некоторые породы не имеют сердцевины (береза, клен). Заболонь состоит из колец более молодой древесины, окружающей ядро. По ним перемещается влага с растворенными в ней питательными веществами. Большая влажность, легко загнивает, при последующей усушке усиливает коробление древесины. Годичные слои (зависит от породы древесины) - трубки, каналы различной величины (связаны с текстурой). Микроструктуру - можно наблюдать при сильном увеличении в микроскоп видно, что древесина слагается из большого количества живых и отмерших клеток различных форм и размеров. По функциональному назначению живые клетки делятся на проводящие, механические и запасающие. Клетка имеет оболочку, внутри нее находится растительный белок-протоплазма и ядро. Микроскопическое строение различных пород весьма разнообразно. Проводящие клетки — сосуды у лиственных пород и трахеиды — у хвойных. Сосуды представляют собой тонкостенные трубочки, расположенные одна над другой диаметром 0,04-0,3 мм, длиной около 100 мм и более. У большинства хвойных пород сосудов нет, так как соответствующую функцию у них выполняют трахеиды. Древесина может иметь пороки-недостатки отдельных участков, снижающие качество и ограничивающие возможности использования материала. Пороки механического происхождения, возникают в древесине в процессе ее добычи и обработки, называют дефектами. К характерным порокам относят различные сучки ( сросшиеся, несросшиеся, роговые…), трещины (метиковые, морозные, усушки, отлупные), пороки строения (наклон волокон, тяговая древесина, свилеватость, завитки, глазки, смоляные кормашки, пасынки, сухобокость, прорость, рак, засмолок, ложное ядро, внутренняя заболонь, водослой, пятнистость), отклонения от нормальной формы ствола (сбежистость, закомелистость, нарост и кривизна), грибные поражения ( ядровые пятна и полосы, ядровая гниль, плесень, заболонные грибные окраски, заболонная и наружная гниль), повреждения насекомыми (червоточина), дефекты в процессе обработки, инородные включения (камни, гвозди..), деформации (покоробленность при сушке, хранении, выпиливании). Открытые сучки измеряются по их наименьшему диаметру, заросшие сучки оценивают по высоте прикрывающих их вздутий (у хвойных). Трещины измеряются по длине и глубине. Грибные поражения измеряют по длине, ширине, глубине. 2.Биологические разрушители древесины К биологическим повреждениям относится гниение, т.е. разложение древесины в результате жизнедеятельности грибов и разрушение ее древоточцами - насекомыми и моллюсками. Наибольшую опасность представляют домовые грибы, разрушающие в древесине целлюлозу, лигнин и вызывающие деструктивную гниль. Другие грибы - плесневые, лесные - питаются только содержимым клеток, не снижая существенно прочности древесины. Для развития домовых грибов необходимы следующие условия: влажность древесины не ниже 18-20%, доступ кислорода воздуха, положительная (от 5 до 45 °С) температура и повышенная (90-100%) влажность воздуха, отсутствие солнечного освещения, наличие слабокислой среды. Плесневые грибы очень разнообразная группа грибов, способных в определённых условиях поселяться на древесине, а так же продуктах питания, кормах, коже, тканях и других органических материалах. Эти грибы (плесень) способны в различной степени ухудшить или даже делать непригодными для использования те или иные материалы и продукты. На поверхности материалов они заметны в виде белых, голубых, серых, реже розовых и малиновых, и чаще зелёных налётов. Важными особенностями плесневых грибов являются быстрое размножение, почти постоянное присутствие их спор в воздухе, способность длительно выдерживать неблагоприятные условия и развиваться на самых различных субстратах при широком диапазоне температур (от -5 до +35°С). Деревоокрашивающие или складские грибы — группа грибов, вредная деятельность которых проявляется, как и плесени, при замедленной сушке и хранении сырой древесины (пиловочные брёвна, пиломатериалы) на складах. Окраски появляются преимущественно на заболони в виде различных по размеру и цвету пятен и полос. Наиболее распространённой является серо-синяя гамма оттенков (синева), но встречаются также жёлтые, малиновые, оранжевые и коричневые окраски. В экологическом отношении деревоокрашивающие грибы близки к грибам плесени. Дереворазрушающие грибы принадлежат к наиболее специализированной группе микроорганизмов, развивающихся на мёртвой древесине, среди которых много антропогенных форм. Эти грибы вызывают гниль древесины, разрушая материал иногда до полной потери прочности. Дереворазрушающие грибы подразделяются на домовые, почвенные, атмосферные и аэроводные. Домовые грибы наиболее известная группа разрушителей. Ареал этих грибов - оттапливаемые жилые, животноводческие и промышленные постройки, выполненные с конструктивными ошибками, а более локально — их подвалы, санузлы, места протечек и конденсационного или технологического увлажнения конструкций. Отличительной чертой развития грибов в указанных конструкциях является их видовая локализация, выраженная очаговость и образование характерных скоплений мицелия и плодовых тел. Почвенные грибы в значительной степени аналогичны домовым, но развиваются в элементах открытых сооружений, погружённых в землю (опоры линий электропередач, сваи мостов, шпалы и т.п.). Важной особенностью почвенных грибов, развивающихся в открытых сооружениях, является относительно постоянная скорость их развития в пределах одного типа конструкции и одной климатической зоны. Атмосферные грибы — это разрушители наземных частей сооружений, служащих в атмосферных условиях. Указанные грибы развиваются в местах наиболее сильного растрескивания древесины и периодического увлажнения её атмосферными осадками. Максимально возможная скорость разрушения древесины грибами этой группы значительно ниже, чем домовыми и почвенными, но способность этих грибов развиваться при относительно низкой влажности обеспечивает им бесконкурентные условия существования. Аэроводные грибы вызывают поверхностную гниль в гидросооружениях, на кровлях и заборах, в местах их медленного просыхания. Разрушение древесины этими грибами протекает наиболее интенсивно при её высокой влажности, особенно когда древесина непрерывно или периодически увлажняется водой с высоким содержанием кислорода. Дереворазрушающие насекомые (древоточцы) повреждают древесину растущих деревьев и древесину при хранении и в эксплуатации. К ним относятся: • домовые точильщики, мебельные точильщики,усачи,короеды,термиты,морские точильщики. Разрушения происходят главным образом за счёт деятельности личинок. Особенностью древоточцев является их способность развиваться на относительно сухой и стабильной по влажности древесине. Для большинства древоточцев характерна цикличность их развития, от яйца до взрослого жука, в зависимости от вида насекомого и условий их развития, проходит период 2—5 лет. Жуки вылетают весной, спариваются и откладывают яйца в трещины, лётные отверстия и другие углубления. Интенсивность нового заражения определяется метеорологическими условиями и состоянием древесины. Насекомые чаще всего поселяются в потолочных балках, бревенчатых стенах, деталях пола и междуэтажных перекрытиях. Заражённость постройки жуками определяется по наличию лётных отверстий, буровой муки, осыпей с червоточиной, «тиканью» жуков в древесине и скоплению их весной у источников света. 3.Разрушающее действие огня Серьезным недостатком древесины является ее сравнительно легкая воспламеняемость и горючесть. Стойкость против огня у разных пород различна. Из табл. 1 следует, что большинство пород, имеющих промышленное значение, не являются стойкими к огневому воздействию. Однако путем защитной обработки стойкость древесины к возгоранию может быть значительно повышена. Классификация основных древесных пород по огнестойкости (данные МЛТИ)
Горение древесины - это физико-химический процесс, при котором превращение вещества сопровождается интенсивным выделением энергии и тепло - массообменом с окружающей средой. Особенность процесса горения - его самоускорение, которое сопровождается прогрессирующим выделением тепла, а на определенной стадии - появлением пламени. Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения, оно может быть вызвано зажиганием в результате физического (трение) или теплового импульса: открытым пламенем, искрой, нагретой поверхностью. Самовоспламенение имеет место при более слабом тепловом импульсе, а также при химических и микробиологических процессах. Для возникновения этих импульсов необходимо, чтобы в древесине проходили химические реакции или биохимические процессы с выделением тепловой энергии. Это наблюдается, например, при воздействии на целлюлозные материалы концентрированной серной или азотной кислоты, при разложении размолотой древесины термофильными микроорганизмами. В результате теплового воздействия древесина начинает нагреваться. При температуре до 100...105 °С происходит только удаление влаги из древесины путем испарения или кипения. При температуре fp = 105...150 °С процесс сушки заканчивается и начинается выделение газообразных продуктов разложения древесины. Она приобретает желтый и желтовато-коричневый цвет. Повышение температуры в этой стадии происходит только за счет внешних источников тепловой энергии. В диапазоне температуры 150...275 °С усиливается выделение газов и начинают выделяться пары смолы. Отдельные вспышки образующихся газов при наличии постороннего пламени начинаются при 225...235 °С. При 260 °С газы уже горят постоянным пламенем. Древесина становится коричневой. Ее разложение в основном продолжается только за счет внешнего источника тепла. Разложение древесины с выделением тепла (экзотермическая реакция) начинается при температуре tB = 275...290 °С, называемой температурой воспламенения. Образуется много горючих паров и газов. После удаления источника тепла древесина продолжает гореть с выделением большого количества тепла и образованием пламени. Она сама становится очагом горения. Температура в зоне горения быстро повышается до 500...550 °С. Температура газов, образовавшихся в результате горения древесины, достигает 850... 1200 °С в зависимости от ее влажности. Самовоспламенение древесных материалов при отсутствии внешнего теплового импульса наблюдается при tc = 350...400 °С. В интервале изменения температуры от f„ до tc имеет место тление. При наличии древесной пыли в воздухе воспламенение происходит при более низкой температуре. Процесс горения, таким образом, протекает в две стадии: начальная стадия, при которой химические реакции не сопровождаются выделением тепла и пламени; основная стадия, для которой характерно пламенное горение и тление. На начальной стадии имеет место возгорание или самовозгорание. Возгорание древесины происходит от воздействия внешнего физического или теплового импульса при температуре выше температуры tB. Для самовозгорания необходимо, чтобы количество выделяющейся тепловой энергии превышало количество тепла рассеивающегося в окружающей среде. Период аккумулирования тепла (самонагревание) до достижения температуры самовозгорания tc может быть очень продолжительным и длится неделями и месяцами. Характер изменения температуры древесины при возгорании и самовозгорании показан на рисунке. Стойкость древесины против возгорания после определенной защитной обработки не уступает большинству негорючих материалов. Так, например, металлические перекрытия теряют половину грузоподъемности и проваливаются уже при 500 °С, тогда как деревянные перекрытия лишь медленно обугливаются, так как слой угля на поверхности затрудняет доступ кислорода в зону горения, а теплопроводность слоя в 5...6 раз ниже, чем у древесины Другой пример: деревянные колонны квадратного сечения 285x285 мм2под нагрузкой равной 54 т разрушались в огне через 50 минут, а стальные клепаные колонны одинаковой грузоподъемности уже через 12 минут. 4.Разрушающее действие на древесину воды, кислот, щелочей, атмосферных осадков и механического износа. Древесина, являясь органическим материалом, находясь в естественных условиях, подвергается деструкции (разрушению), что обусловлено жизненным круговоротом. Такому же разрушению будут подвергаться изделия и сооружения из древесины, которые эксплуатируются в условиях неблагоприятных для ее стойкости. Разрушающее действие на древесину воды, кислот, щелочей В обычных условиях вода не разрушает древесину. Находясь в воде, древесина некоторых пород может сохраняться тысячелетиями. Примером того может служить мореный дуб, который не только сохраняется, но и приобретает такие свойства, которые делают его ценнейшим поделочным материалом. Сваи из древесины лиственницы, служащие фундаментом зданий в Венеции служат уже несколько столетий. Однако при повышенной температуре и давлении разрушающее действие воды на древесину может быть весьма заметным. Прочность древесины при пропарке и высокотемпературной сушке существенно снижается. В среде перегретого водяного пара уже при температуре 180...190 °С разлагаются пентозаны (Пентозаны – это полисахариды, главными звеньями макромолекулы которых являются звенья пентоз. Упрощенная эмпирическая формула (СиНаО…)… Цепи пентозанов значительно короче, чем цепи целлюлозы), и в значительном количестве целлюлоза, а при температуре около 275 °С древесина почти полностью переводится в растворимые в воде соединения. Древесина обладает определенной стойкостью против воздействия растворов солей, слабых кислот и щелочей и ряда органических веществ. Поэтому из нее нередко для химических заводов делают сосуды, чаны и другую аппаратуру, эксплуатация которых отличается достаточно большой длительностью. Древесина незаменима в конструкциях оросительной системы градирен ТЭЦ и металлургических заводов. Особенной стойкостью против кислот отличается древесина черной ольхи. Газы обычно действуют на древесину менее агрессивно, чем на металлы. Газы с неполярными молекулами (водород, азот, кислород) в гораздо меньшей степени адсорбируются волокнами древесины, по сравнению с полярными (хлороводород, аммиак, двуокись серы, двуокись углерода). Последние вызывают разбухание древесины. Газы с полярными молекулами прочно удерживаются древесным волокном и обычно удаляются только в вакууме при повышенной температуре. Адсорбция и диффузия газов в древесине зависят также от породы, возраста деревьев, направления воздействия газов на древесные волокна и местоположения в стволе (заболонь, ядро). Растворы солей обычно разрушающе действуют на древесину только при высоких температурах и давлении. Наибольшее набухание вызывают соли цинка, кальция, магния, а в меньшей степени — соли натрия и калия. Соли алюминия и меди на древесину практически не действуют и ее прочностные свойства не снижают. Действие кислот на древесину при обычной температуре незначительно, если их рН > 2,5, однако оно становится существенным при повышении концентрации или температуры. Например, действие 10 % соляной, серной или азотной кислоты снижает сопротивление изгибу древесины хвойных пород почти на 10 %, а большинства лиственных пород - до 25 %. При длительном воздействии более крепких растворов кислот древесина теряет прочность. Уксусная кислота при концентрации более 16 % существенно снижает прочность древесины, но для некоторых пород при длительном воздействии этой кислоты прочность опять увеличивается | |||||||||||||||