Усушка и разбухание
Усушкой называется уменьшение линейных размеров и объема древесины при ее высыхании. Усушка начинается с удаления из древесины связанной влаги после полного удаления из нее свободной влаги. Полную усушку древесины, когда она находится в абсолютно сухом состоянии при влажности 0%, производят только в экспериментальных целях. Усушка древесины по разным направлениям неодинакова. У доски, полученной при продольной распиловке ствола, полная усушка по ширине может доходить до 8—10%, по толщине — до 4— 5%, а по длине — не более 0,1—0,3%.
Те доски, из которых мы изготовляем ульи, как правило, уже высушены, и эта древесина находится в состоянии равновесной влажности, то есть количество связанной воды в ней меняется мало, следовательно, в процессе хранения и обработки древесины ее усушка уже не происходит. Если же распиловка бревна на доски будет происходить вскоре после рубки, то необходимо предусмотреть припуски на усушку с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки имели заданные размеры. При этом следует иметь
в виду и то, что более плотная (тяжелая) древесина усыхает больше.
Древесина обладает способностью поглощать влагу из окружающего воздуха, что приводит к увеличению содержания связанной воды и разбуханию древесины. Разбухание представляет собой явление, обратное усушке. Разбухание наблюдается при увеличении влажности древесины до предела гигроскопичности. Увеличение же свободной воды, заполняющей полости древесных клеток, не вызывает разбухания.
Внутренние напряжения, растрескивание и коробление древесины. Напряжения в древесине, которые возникают без приложения внешних усилий, называются внутренними напряжениями. Они возникают вследствие неоднородных деформаций древесины при ее сушке или увлажнении. Основная причина напряжений при сушке древесины — неравномерность распределения влаги. Вначале испаряется влага с поверхностных слоев древесины. Если в этих слоях испарится вся свободная влага и начнет испаряться связанная, то общая влажность начнет снижаться за предел гигроскопичности. В таком случае, как мы уже знаем, должна начинаться усушка в этих слоях. Однако из-за значительной инерционности процесса усушки, особенно в толстых досках, внутренние слои древесины будут еще оставаться влажными. Такое неравномерное распределение влажности тормозит усушку верхних слоев древесины, в результате чего появляются напряжения, растягивающие древесину в поверхностных зонах доски и сжимающие во внутренних.
Когда в процессе дальнейшей сушки доски влажность во внутренних ее слоях начнет уменьшаться ниже предела гигроскопичности, эти слои тоже начнут усыхать. При этом растягивающие напряжения в поверхностной зоне начнут уменьшаться, однако полностью не исчезнут. Тогда во внутренней зоне появятся растягивающие напряжения, а в поверхностных — сжимающие, т. е. напряжения поменяют знак.
Если в процессе сушки доски, растягивающие напряжения, достигнут предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, то могут возникнуть трещины. В начале сушки они возникают на поверхности доски, а в конце — внутри.
Внутренние напряжения сохраняются в высушенном материале и служат причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины. Сохранившиеся после окончания сушки остаточные напряжения можно снять путем дополнительной обработки пиломатериалов равномерным увлажнением их поверхности влажным паром или водой. Определить наличие внутренних напряжений можно по узким (10—15 мм) поперечным срезам доски. Если через некоторое время после вырезания этот образец начинает деформироваться, то это свидетельствует о наличии внутренних напряжений в доске. Если не будут приняты меры по устранению внутренних напряжений в такой доске, то изготовленные из нее детали почти наверняка «поведет».
Следует заметить, что у древесины мягких лиственных пород, из которых по большей части изготовляют ульи и пчеловодный инвентарь, остаточные внутренние напряжения меньше, чем у твердых пород.
На величину остаточных напряжений влияет также и способ сушки древесины. Значение остаточных внутренних напряжений при атмосферной сушке в несколько раз ниже, чем после сушки в специальных температурных камерах. При атмосферной сушке пиломатериалы укладывают под навесами в штабеля, но так, чтобы доски не соприкасались всей плоскостью друг с другом. Для этого при укладке штабеля на доски через 1 — 1,5 м кладут небольшие обрезки доски (прокладки), в результате между досками образуются вентиляционные зазоры. Для уменьшения растрескивания досок крайние прокладки располагают заподлицо с торцами досок. На самую верхнюю доску штабеля равномерно укладывают какой-нибудь груз, например, кирпичи. Штабель с досками должен располагаться на ровном основании, при этом нижние доски штабеля должны находиться не менее чем на 50 см выше от поверхности земли. В зависимости от погодных условий атмосферная сушка продолжается от 2-х недель до нескольких месяцев.
Коробление древесины вызывается различием в усушке или разбухании древесины по разным направлениям. Коробление может быть поперечным или продольным. Поперечное коробление выражается в изменении формы сечения доски. Сердцевинная доска (вырезанная из центральной части бревна) уменьшает свои размеры к кромкам. По мере удаления досок от сердцевины (центра бревна) коробление досок уменьшается.
И.И. Кораблев (1927) предлагает учитывать это свойство древесины и при изготовлении ульев доски прибивать так, чтобы они приходились сердцевиной наружу, а не внутрь улья. В противном случае могут образовываться щели.
При короблении по длине доски могут изгибаться, приобретая дугообразную форму, или принимать форму винтообразной поверхности. Правильная укладка, сушка и хранение пиломатериалов исключают появление коробления.
Плотность древесины
Древесина состоит из древесинного вещества (материала клеточных стенок) и пустот — полостей внутри клеток и межклеточных пространств. Плотность древесинного вещества не зависит от породы и равна 1530 кг/м3.
Плотность древесины — отношение массы древесины к ее объему. Плотность зависит прежде всего от строения древесины, т. е. от породы. В то же время она зависит от. влажности древесины, поэтому принято все показатели физико-механических свойств древесины, (в т. ч. и плотность) приводить к стандартной влажности 12%.
По плотности древесину делят на три группы:
1) породы с малой плотностью (510 кг/м3 и менее): ель, ива, кедр, каштан, липа, ольха, осина, пихта, сосна, тополь;
2) породы средней плотности (550—740 кг/м3): береза,
бук, вяз, груша, дуб, ильм, клен, лиственница, платан, рябина, тис, яблоня, ясень;
3) породы высокой плотности (750 кг/м3 и выше): акация белая, граб, кизил, самшит.
От плотности древесины зависит ее твердость — способность древесины сопротивляться проникновению в нее более твердых тел. По степени твердости все древесные породы можно разделить тоже на три группы, при этом мягким породам будут соответствовать породы с малой плотностью, твердым породам — породы средней плотности, а очень плотным породам — породы высокой плотности.
Теплопроводность древесины
Теплопроводность древесины — способность древесины проводить тепло от одной своей поверхности к другой, Вт/м-°С. В сухой древесине межклеточное пространство и внутриклеточные полости заполнены воздухом, который является плохим проводником тепла. Плотная древесина проводит тепло лучше, чем рыхлая. Увеличение влажности древесины повышает ее теплопроводность, поскольку вода по сравнению с воздухом является лучшим проводником тепла. Теплопроводность древесины зависит также от направления теплового потока относительно волокон древесины. Вдоль волокон теплопроводность примерно в два раза выше, чем поперек.
Способность древесины удерживать металлические крепления
При вбивании гвоздя в древесину перпендикулярно ее волокнам они частично перерезаются, а частично изгибаются. При этом раздвинувшиеся волокна древесины оказывают на боковую поверхность гвоздя давление, которое вызывает трение, удерживающее гвоздь в древесине.
Характеристикой способности древесины удерживать металлические крепления является усилие, необходимое для выдергивания гвоздя или шурупа данных размеров. Величина сопротивления выдергиванию зависит от направления по отношению к волокнам, породы древесины и плотности. Для выдергивания гвоздя, вбитого в торец, требуется усилие на 10—15% меньше по сравнению с усилием, необходимым для выдергивания такого же гвоздя, забитого поперек волокон. Чем больше плотность (твердость) древесины, тем выше сопротивление выдергиванию гвоздя или шурупа. Сопротивление древесины выдергиванию шурупов примерно, в два раза больше, чем гвоздей. Учитывая то, что ульи обычно изготовляют из мягких пород с малой плотностью древесины, скрепление стенок ульевых корпусов и магазинов по углам лучше производить на клею и с закреплением шурупами или саморезами.
Влажность древесины облегчает забивание в нее гвоздей, и при этом вероятность раскалывания древесины невелика, однако при высыхании древесины способность ее удерживать гвоздь уменьшается.
Сопротивление древесины раскалыванию
Это — способность древесины под действием расклинивающего усилия разделяться на части вдоль волокон (раскалываться).
Раскалывание древесины объясняется малым сцеплением волокон по длине ствола. Древесина хвойных пород имеет прямые древесные волокна и поэтому более склонна к раскалыванию, чем древесина лиственных пород, имеющая извилистые волокна. Вероятность раскалывания доски при забивании в нее гвоздя будет тем выше, чем ближе к торцу доски забивается гвоздь. Уменьшить вероятность раскалывания доски можно, если в месте забивания гвоздя предварительно просверлить отверстие сверлом, диаметр которого на 10—15% меньше диаметра забиваемого гвоздя.
Уменьшает вероятность раскалывания доски и увеличивает сопротивление выдергиванию забивание гвоздя не строго перпендикулярно к поверхности доски, а под небольшим углом к ней.
Особенно важно руководствоваться этим правилом в том случае, если во время эксплуатации к доске будут прикладываться периодические динамические усилия (при укладке пола, при изготовлении настилов и т. п.).
Пороки древесины
Основными пороками древесины, которые могут влиять на качество пчеловодных изделий, являются сучки и трещины.
Сучки представляют собой основания ветвей, заключенные в древесину ствола. Древесина сучков отличается более темным цветом и имеет самостоятельную систему годичных слоев. Сучки, имеющие древесину без признаков мягкой гнили, называют здоровыми. Здоровые сучки, имеющие одну или несколько трещин, называют здоровыми сучками с трещинами. Сучки с мягкой гнилью, занимающие не более 1/3 площади разреза сучка, называют загнившими, а занимающие более 1/3 площади — гнилыми. Загнившие или гнилые сучки, в которых выгнившая древесина полностью или частично заменена рыхлой массой ржаво-бурого цвета, называют табачными.
Для изготовления ульев и пчеловодного инвентаря рекомендуется использовать древесину с небольшим количеством здоровых и с трещинами сучков. При необходимости можно использовать и древесину с загнившими или табачными сучками, но в таком случае сучки надо полностью высверлить, а на их место посадить на клею деревянные пробки, расположив направление волокон в них параллельно направлению волокон доски.
При механической обработке деревянных заготовок, в которых имеются сучки, надо соблюдать предельную осторожность, так как при попадании режущей кромки инструмента на сучок изменяются условия резания и заготовка может «выстрелить». Резкое и внезапное изменение
положения заготовки нередко приводит к серьезным травмам. Особенно плотные сучки бывают у хвойных пород. По этому поводу даже существует притча. Уходящий в мир иной столяр произносит свою последнюю фразу: «Всем все прощаю, но еловому сучку — никогда».
Наименьшее количество сучков имеет древесина, находящаяся в нижней части ствола дерева (комлевые бревна).
Трещины представляют собой разрывы древесины вдоль волокон. Трещины могут возникать как в растущем дереве, так и в процессе сушки древесины. Все разновидности трещин, особенно сквозные, нарушают целостность древесины и снижают ее прочность. В ответственных деталях, несущих нагрузку, например, в верхних брусках ульевых рамок, наличие трещин не допускается. В других заготовках допускаются небольшие внешние трещины, которые надо заделать шпаклевкой по дереву или мелкими опилками, смешанными с водоупорным клеем.
Стойкость древесины при хранении
Если хранение древесины организовано ненадлежащим способом, то она подвергается негативному воздействию большого количества внешних факторов, таких как излишнее увлажнение или пересушивание, которые вызывают растрескивание, а также воздействию различных видов грибов и насекомых. У различных древесных пород стойкость к этим негативным факторам разная.
Ситовая древесина
По ряду причин живые деревья могут усыхать на корню, в результате чего их древесина меняет свою структуру, превращаясь в так называемую ситовую древесину. Этот процесс происходит следующим образом. После начала естественного отмирания дерева в его древесных клетках начинаются необратимые изменения, дерево теряет устой-
чивость к заболеваниям и начинает заселяться микроскопическими грибами, после чего начинается процесс «сухого» гниения древесины. Параллельно с этими процессами в-дереве начинает уменьшаться количество влаги, поскольку в таком дереве перестают существовать основные потребители влаги — живые клетки, а также листья или хвоя. Дерево начинает усыхать на корню, однако процессы «сухого» гниения древесины в нем будут происходить до тех пор, пока содержание воды в древесине не станет менее 18-20%.
На первой стадии гниения микроскопические грибы распространяются главным образом в сердцевинных лучах и
сосудах, почти не затрагивая оболочки клеток древесины. Под действием выделений грибов древесина начинает темнеть. Физические и механические свойства древесины на этой фазе гниения почти не изменяются. Прошедшая эту стадию гниения древесина представляет собой своеобразный природный пористый полимер (наподобие синтетического пенопласта), механическую основу которого составляет целлюлоза и лигнин неразрушенных оболочек древесных клеток. Визуально поперечный срез такой древесины похож на мелкоячеистое сито, откуда в обиходе такая древесина и получила название «ситовой древесины».
Ситовая древесина является отличным материалом для изготовления ульев, потому что она легкая, теплая и еще достаточно прочная. Известно, что в ульях из ситовой древесины и в очень старых ульях, древесина которых со временем фактически превращается в ситовую древесину, пчелы хорошо зимуют. Одной из причин этого является способность такой древесины поглощать избыточную влагу в гораздо большем объеме, чем обычная древесина. Объясняется это тем, что плотность ситовой древесины в 2—2,5 раза ниже, чем у живой древесины той же породы, а водопроницаемость выше (Уголев Б.Н., 1991).
Если улей из ситовой древесины не красить снаружи, но при этом защитить его от воздействия атмосферной влаги, то в таком случае, учитывая экологический аспект, ситовую древесину можно было бы считать материалом для ульев, близким к идеальному.
При использовании хорошо высохшей ситовой древесины заготовки из нее желательно подвергнуть кратковременному воздействию температуры 80—90 °С, поскольку при таких температурах дереворазрушающие микроскопические грибы погибают, и дальнейшее разрушение древесины будет приостановлено. Процедуру такой термообработки можно проводить в хорошо натопленной бане (сауне).
Заканчивая рассмотрение вопроса о древесине, сообщу о том, древесину каких пород деревьев лучше всего использовать для изготовления ульев. На мой взгляд, более всего для этой цели подходят несмолистая сосна, ель, пихта, липа, верба, тополь, а также другие мягкие породы. При изготовлении своих ульев я в разное время использовал сосну, тополь и ель.
Пиломатериалы
Путем раскроя бревен получают пиломатериалы. Основными пиломатериалами, применяемыми в пчеловодном деле, являются доски и бруски.
Доски — пиломатериалы толщиной до 100 мм, шириной более двойной толщины.
Бруски — обрезной пиломатериал толщиной до 100 мм, шириной не более двойной толщины.
Пиломатериалы имеют следующие элементы: пласть, кромка, ребро, торец.
Пласть — продольная широкая сторона доски, а также любая сторона пиломатериала квадратного сечения.
Кромка — продольная узкая сторона доски.
Ребро — линия пересечения двух смежных сторон пиломатериала.
Торец — концевая поперечная сторона пиломатериала.
По месторасположению пиломатериалов в бревне различают сердцевинные, центральные и боковые доски.
Сердцевинная доска содержит сердцевину дерева и наибольшее количество сучков всех разновидностей, которые снижают качество и механические свойства этой доски. Очень часто в сердцевине растущих деревьев образуются трещины. Кроме того, эта доска больше подвержена растрескиванию в процессе сушки.
В центральных досках пороки чаще всего проявляются на внутренней (обращенной к сердцевине) пласти доски. Поскольку в центральных досках все годичные слои перерезаны, то эти доски меньше, чем сердцевинные, подвержены растрескиванию.
Боковые доски получаются в процессе распиловки зоны бревна, расположенной между центральными досками и горбылем. Боковые доски менее сучковаты, не имеют разветвленных сучков, они легче обрабатываются и обладают более чистой поверхностью. Боковые доски содержат меньшее количество пороков и характеризуются лучшим качеством, чем центральные и сердцевинные доски.
[Содержание] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11