Строение и физико-механические свойства древесины

Деревянные строительные конструкции в основном изготавливаются из древесины хвойных пород (сосна, ель, лиственница), поэтому ограничимся рассмотрением анатомического строения древесины хвойных пород, которая отличается от древесины лиственных пород простотой и однообразием структуры.

На поперечном сечении ствола дерева различают следующие части: под корой расположен тонкий слой камбия, отлагающего древесину и работающего с различной интенсивностью, так как деятельность его зависит и от внешних условий. В растущем дереве камбий обусловливает прирост древесины и коры. В центре сечения ствола расположена сердцевина, имеющая форму небольшого круглого пятнышка диаметром 2-5 мм.

Вся основная древесина, расположенная между тоненьким слоем камбия и сердцевиной, состоит из двух частей, немного отличающихся одни от других цветовыми оттенками - внутренняя зона, более темная, называется ядром, а более светлая - заболонью

На поперечном сечении ствола можно увидеть концентрические слои, окружающие сердцевину. Каждое такое кольцо представляет собой ежегодный прирост древесины и называется годичным слоем. Ширина годичных слоев колеблется в зависимости от возраста, породы, условий произрастания и положения в стволе.

Древесина состоит из клеток двух видов - прозенхимных и паренхимных. Паренхимные клетки имеют примерно одинаковые размеры во всех трех осевых направлениях. К прозенхимным клеткам относятся трахеиды - полые клетки, сильно вытянутые в длину с заостренными концами. Среднее отношение длины этих клеток к их размерам в поперечном сечении приблизительно равно 50-60.

Основными элементами древесины хвойных пород являются трахеиды, которые занимают свыше 90 % общего объема древесины.

Паренхимные клетки в хвойной древесине входят в состав сердцевинных лучей. В растущем дереве по сердцевинным лучам происходит движение питательных веществ и воды в горизонтальном направлении в период вегетации, а в период покоя в них хранятся запасные питательные вещества. В процессе роста трахеиды своими заостренными концами врастают между другими анатомическими элементами или себе подобными элементами.

Трахеиды хвойных пород выполняют не только свойственные им проводящие функции, но и механические. Трахеиды ранней части годичного слоя обладают тонкими стенками и большими внутренними полостями, а трахеиды поздней части годичного слоя имеют более толстые стенки и малые полости.

На основе современных исследований установлено, что стенки клеток трахеид представляют собой слоистую оболочку. В стенке каждой нормальной трахеиды различают: тонкую первичную оболочку Р, значительно более толстую вторичную оболочку S, состоящую из наружного слоя S₁, среднего слоя S₂ и внутреннего слоя S₃. Трахеиды связаны между собой аморфным межклеточным веществом срединной пластинки М, окружающей каждую клетку. Каждый слой оболочки трахеид состоит из микрофибрилл, основой которых является кристаллическая целлюлоза, инкрустированная матриксом аморфных или паракристаллических полимеров, стабилизирующих структуру микрофибрилл. В составе стенки клетки особую роль играет лигнин. Если высокая прочность при растяжении обеспечивается в основном целлюлозными микрофибриллами, то лигнин придает оболочке прочность на сжатие.

Микрофибриллы ориентированы различно в слоях Р, S₁, S₂ и S₃. В слое P они преимущественно располагаются поперек оси трахеид, а в слоях S1, S2 и S3 по спирали под разными углами. Все слои трахеид отличаются одни от других не только углами наклона микрофибрилл по отношению к продольной оси клеток, но и толщиной, которая для отдельных слоев, как и у всей толщины стенки клетки, неодинакова для различных пород древесины. Изменчивость также наблюдается в пределах одного вида дерева, что может быть следствием различия условий произрастания. От толщины стенок клеток зависит плотность древесины.

Исследования В.Е.Вихрова показали, что у поздних трахеид вторичная оболочка и срединная пластинка вдвое толще, чем у ранних. Однако соотношение между слагающими клеточную стенку оболочками в обоих случаях одинаково. Целлюлозные микрофибриллы обычно представляют собой тяжи шириной 10-25 нм (последняя величина является максимальной).

В древесине хвойных пород из паренхимных клеток состоят в основном многочисленные сердцевинные лучи. Они узкие, преимущественно однорядные, но среди них встречаются и многорядные лучи со смоляным горизонтальным ходом посередине. У сосны, ели и лиственницы, кроме паренхимных клеток, лучи содержат трахеиды.

Только на основе глубокого анализа микро - и субмикроструктуры древесины можно раскрыть действительный характер и особенности механических свойств древесины как материала для строительных конструкций.

Конструктивные свойства древесины и пластмасс Конструкции из дерева и пластмасс Основные свойства древесины Влага в древесине