Дерево и древесина: свойства и применение в строительстве

На бытовом уровне мало кто разделяет такие понятия, как дерево и древесина, хотя для промышленности и строительства разница есть. Дерево — это разновидность деревянистых многолетних растений и обобщенное название для разных пород (к примеру, дубов или лип).

Древесина — это материал, сырьем для которого стали деревья, точнее их внутренняя часть между корой и сердцевиной. Рядом с корой находится заболонь, она более мягкая и рыхлая, а ближе к сердцевине — более плотное ядро.

Этот материал на 1% состоит из неорганических веществ, а остальные 99% представляют собой органические соединения (гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнина), процентное соотношение которых будет немного различаться для разных пород деревьев. Например, в хвойных будет больше целлюлозы, а в лиственных —гемицеллюлоза.

За прочность и структуру отвечают целлюлоза (составляет 40-50% от общей массы) и гемицеллюлоза (её обычно 20-30%); жесткость и устойчивость структуры дерева к воздействиям придает лигнин (около 20 до 30%). Больше всего лигнина в хвойных породах, что обеспечивает их высокую прочность на сжатие.

Основные характеристики древесины во многом зависят от исходного сырья, учитываются класс деревьев (например, хвойные или двудомные) и рода (к примеру, береза или сосна).

Однако при выборе строительного материала не обязательно так углубляться в тематику, достаточно обратить внимание на такие параметры:

• Влажность. Показывает процентное отношение количества воды в дереве к его массе и объему. Влияет на качество пиломатериала и пригодность для разных целей строительства. Древесина свежесрубленного дерева имеет естественную влажность около 80-90%. Для использования на разных этапах стройки её специально сушат до 6-22%. Слишком сухой материал становится слишком хрупким для работ с ним. При неравномерном высыхании древесина может растрескаться, что снизит эксплуатационные свойства.
• Плотность. Так называют соотношение массы к объему древесины, измеряется в кг/м³. При этом все исследования проводят в соответствии с ГОСТ 16483.17-81 «Древесина. Метод определения статической твердости» при влажности не более 12-15%. Плотность бывает малой (до 540 кг/м³), средней (от 540 до 740 кг/м³) и высокой (750 кг/м3). Чем значение выше, тем тяжелее элемент при одинаковых размерах.
• Теплопроводность. Указывает на способность сохранять тепло (чем ниже показатель, тем меньше теплопотери). Зависит от показателей влажности и плотности (чем выше эти параметры, тем выше теплопроводность). Древесина обычно обладает достаточно низкой теплопроводностью, поэтому деревянные дома редко нуждаются в дополнительном утеплении стен или лишних затратах на отопление.
• Прочность. Она будет отличаться для разных пород. Самыми прочными считаются хвойные, (лучшие показатели у лиственницы, а худшие у пихты). Пределы прочности определяют разными методами, среди них, растяжение вдоль волокон дерева, сжатие поперек и вдоль, статический изгиб, сдвиг и скалывание. Стоит отметить, что растягивающие нагрузки редко встречаются на практике, но благодаря им понятно, как можно разрезать древесное волокно. Способность выдержать нагрузки на сжатие требуется для опорных элементов, статический изгиб нужен для изготовления элементов декора и облицовки. Устойчивость к сколам и сдвигам — важно при возможных падениях или ударах.
• Коррозионная стойкость. Устойчивость материала к воздействию агрессивной среды (солям, кислотам, щелочам). У лиственных пород она ниже, чем у хвойных.
• Текстура. Это естественный рисунок распила. Она определяет декоративные свойства материала (например, варианты отделки). На сложность структуры влияет, в первую очередь, возраст дерева. То есть чем оно старше, тем сложнее структура, и тем необычнее и эстетичнее текстура древесины.
• Цвет. Широкая цветовая палитра (от практически белых до близких к черному или красному) зависит от породы и объясняется находящимися в составе древесины дубильными, смолистыми и красящими веществами (то есть органическими соединениями). При этом даже деревья одного вида могут иметь разные оттенки, это связано с возрастом и условиями их роста (к примеру тип почвы, климат).

Так обозначают особенности и недостатки древесины, которых ухудшают её характеристики и ограничивают возможности её применения. Могут быть естественными или возникнуть при некачественной обработке. В ГОСТ 2140-81 «Видимые пороки древесины.

Классификация, термины и определения, способы измерения» перечислены следующие пороки:

1. Сучки. Части ветвей, вросшие в ствол, имеют отличную от остальной древесины клеточную структуру. Из-за этого в местах их прорастания снижается прочность. Самый распространенная группа пороков.
2. Трещины. Разрывы вдоль и поперек волокон древесины (внутри и снаружи ствола). Какие-то из них возникают в естественных условиях, другие от воздействий во время работ (просушки, пропитки, распила и других).
3. Пороки формы ствола. То есть отклонения от нормальной для конкретной породы формы ствола. Такими отклонениями будет сбежистоять — постепенное уменьшение диаметра ствола по всей длине; закомелистость — резкое увеличение комля (часть ствола над корнями); а также наросты и кривизна. Часть таких пороков делают непригодными для использования целые фрагменты дерева, другие просто увеличивают количество отходов при распиле.
4. Пороки строения древесины. Различные смещения или искривления волокон, полости внутри ствола, заполненные смолой или камедью, удвоение или смещение сердцевины, образование темного ложного ядра и многое другое. Такие дефекты влияют на прочность материала, его внешний вид и срок эксплуатации.
5. Химические окраски. Изменение цвета или неравномерная окраска древесины, происходит из-за содержащихся в ней веществ. Не влияет на прочность, скорее эстетический недостаток.
6. Грибные поражения. Меняют окраску и негативно влияют на структуру (снижается прочность, твердость, повышается водопроницаемость).
7. Биологические повреждения. Их могут нанести насекомые, паразитирующие растения и птицы. Следы таких повреждений могут быть на поверхностными или пронизывать дерево насквозь (например, червоточина).
8. Инородные включения, механические повреждения и пороки обработки. Этот подпункт описывает возможные недочеты, которые станут препятствием для качественной обработки (к примеру, вмятина или обугленность).
9. Покоробленности. Изменение (часто искривление) формы, может возникнуть при сушке или неправильном хранении.

Древесина использовалась для строительных нужд на протяжении веков, поскольку она достаточно универсальна. Можно сделать и дом, и мост через реку.

Даже с появлением более прочных материалов (например, бетона или кирпича) древесина все еще остается одним из самых востребованных, пусть и больше в частном секторе.

Таким образом, из древесины делают:

• Строения из дерева. В эту широкую категорию попадают и каркасные дома, и коттеджи из бруса или бревен. Пиломатериалы используются почти для всех конструктивных элементов (стены, перекрытия и часто каркаса).
• Облицовку зданий. Привлекательный внешний вид обработанной древесины делает её одним из популярных вариантов отделки. Это может быть деревянный сайдинг (комплект внешних панелей на замках), фасадные панели или отдельные декоративные элементы.
• Полы и лестницы для внутренних помещений. Может быть использована как финальный слой (паркет или паркетная доска), а также как основа для других покрытий (черновой пол).
• Каркас кровли. Из пиломатериалов изготавливают стропила (несущую систему крыши со скатом), а также ребра жесткости.
• Функциональные строительные элементы. То есть двери, окна, перегородки и балконы.
• Ограждения и заборы. Чаще всего для этого нужны реечные или сплошные панели, а также пиломатериалы в форме балок или столбов.

Чем больше и плотнее ядровая часть дерева, тем качественнее из него получится стройматериал. Однако важно помнить, что выбор подходящего сырья связан с целями, для которого оно требуется.

Самыми подходящими именно для стройки считаются лиственница, кедр и сосна, поскольку у них массивное ядро и небольшая заболонь, то есть крепкая и плотная древесина.

Из сосны и ели изготавливают балки, стропила, обшивку потолков. Прочная и влагостойкая лиственница подойдет для обвязки свайных и столбчатых фундаментов, также подойдет она и для сооружения лестницы.

Кедр устойчив к появлению грибка или вредителей, поэтому его часто выбирают для уличных пристроек. Необычная текстура и красивые оттенки дуба делают из него прекрасный материал для элементов внутренней отделки (например, паркета или дверей).

Береза и ольха также используют для внутренней отделки, еще из них изготавливают фанеру. Осина же хороша для обшивки помещений с высокой влажностью (сауны, бани), так как она достаточно устойчива к гниению. Отделочные элементы часто вырезают из липы, поскольку она не требует сложной обработки (подойдет большинство инструментов).