Основные древесные породы, применяемые в строительстве

Лекция 5 ПРИРОДНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДРЕВЕСИНА Основные древесные породы, применяемые в строительстве В строительстве в основном применяют хвойные породы, отличающиеся меньшим количеством пороков и повышенной смолистостью (т.е. большей устойчивостью к загниванию), а именно: сосна, лиственница, ель, пихта, кедр. Сосна – наиболее распространенная хвойная порода, обладающая высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо поддающаяся обработке. Лиственница – наиболее распространенная порода в Сибири, обладающая большей плотностью, прочностью и смолистостью (чем сосна). Применяется в гидротехнических и подземных сооружениях, а также для изготовления шпал. Ель – распространенная хвойная порода, отличающаяся малой смолистостью при относительно высоких прочностных показателях. Применяется для изготовления строительных конструкций, эксплуатируемых в сухих условиях. Пихта – порода, по внешнему виду и физико-механическим свойствам близкая к ели, но ещё менее стойкая к загниванию. Применяется в сухих условиях. Кедр – порода, имеющая легкую, прочную и хорошо обрабатывающуюся древесину. Применяется в столярном и мебельном производстве. Лиственные породы в строительстве используются значительно реже хвойных, при этом наибольшее применение находят: дуб, ясень, бук, берёза, осина. Дуб обладает тяжёлой, плотной, твёрдой и очень прочной древесиной, хорошо сохраняющейся как на воздухе, так и под водой. Применяется для изготовления высококачественного паркета, фанеры, мебели. Ясень по виду и строению сходен с древесиной дуба, но имеет более светлую окраску. Бук имеет плотную и прочную древесину белого цвета с красноватым оттенком. Применяется для изготовления паркета, фанеры, высококачественных столярных изделий и мебели. Берёза обладает твёрдой и прочной древесиной, но при этом недолговечной в условиях попеременного увлажнения и высушивания. Применяется для изготовления фанеры, столярных изделий и мебели. Осина имеет мягкую и легкую древесину белого цвета с зеленоватым оттенком. Она легко раскалывается вдоль волокон и быстро загнивает во влажном состоянии. Применяется для изготовления фанеры, кровельных материалов и тары. Лесоматериалы и изделия из древесины Лесоматериалы (лесной сортимент) – материалы из древесины, сохранившие её природную структуру и состав. Их подразделяют на необработанные (круглые) и обработанные (пиломатериалы, колотые, шпон и т.п.). Круглые лесоматериалы – очищенные от сучьев отрезки древесных стволов. В зависимости от диаметра верхнего торца их разделяют на брёвна, подтоварник и жерди. Брёвна строительные и пиловочные должны иметь диаметр верхнего торца не менее 14 см и длину 4…6,5 м, ошкуренную поверхность, а торцы их должны быть опилены под прямым углом к продольной оси. Также в последние годы получили распространение оцилиндрованные брёвна (без «сбега»), обрабатываемые на токарном станке. Подтоварник имеет диаметр верхнего торца 8…13 см и длину 3…9 м. Жерди имеют диаметр верхнего торца менее 8 см и длину 3…9 м. Пиломатериалы получают при продольной распиловке брёвен. По форме поперечного сечения различают следующие основные виды пиломатериалов: пластины, четвертины, горбыль, доски, брусья и бруски (рис. 3.12). Пластины получают при продольном распиливании брёвен на две половины; четвертины – по двум взаимно перпендикулярным диаметрам. Горбыль – срезанная на всю длину наружная часть бревна, имеющая с другой стороны плоскую поверхность распила. Доски имеют длину до 6,5 м с градацией через 0,25 м. В зависимости от чистоты опиловки продольных кромок выделяют необрезные (с неопиленными кромками («обзолом») на длину более половины длины доски) и обрезные (опиленные полностью или более чем на половину длины доски). В зависимости от качества древесины и её обработки (наличие обзола) доски делят на пять сортов. Брусья имеют длину 4…6,5 м (аналогичную брёвнам) и квадратное или прямоугольное (a:b≤2) сечение. Брусья, опиленные с двух противоположных сторон, называют двухкантными; опиленные с четырех сторон – четырёхкантными. Бруски имеют длину, аналогичную брёвнам и брусьям, но толщину менее 100 мм. Изделия из древесины получают из лесоматериалов путем механической обработки и в ряде случаев соединения отдельных фрагментов в изделие с помощью склейки или крепежных материалов. Производится большой ассортимент погонажных и паркетных изделий, столярных плит, фанеры и т.п. Погонажные изделия включают: шпунтованные доски для полов; доски с фальцем (вагонка) для обшивки стен; профильные изделия – плинтусы, наличники и т.п. (рис. 3.13). Паркетные изделия включают: штучный паркет; щитовой паркет; паркетные доски. У всех видов паркетных изделий верхний лицевой слой выполняется из твёрдых пород дерева (дуба, бука, березы и т.п.). Штучный паркет представляет собой дощечки длиной от 150 до 450 мм, шириной от 30 до 60 мм и толщиной 16 и 19 мм, имеющие пазы и гребни, аналогичные доскам для пола. Паркетные щиты и доски представляют собой трёхслойную клееную конструкцию, состоящую из лицевого покрытия в виде тонких (4…10 мм) планок из твёрдых пород (дуб, бук и т.п.), основания из сосновых или еловых реек и слоя шпона (рис. 3.14). Волокна древесины в соседних слоях взаимно перпендикулярны. Длина досок составляет 1,2…3 м при ширине 200…250 мм. Паркетная доска Фанера – многослойный листовой материал, состоящий из склеенных между собой трёх и более листов шпона; шпон получают лущением (срезанием тонкого слоя в виде непрерывной широкой ленты) предварительно распаренных кряжей – толстых и коротких (2…2,5 м) брёвен преимущественно лиственных пород: берёзы, ольхи, осины и др. (рис. 3.15). В фанере листы шпона располагают так, чтобы волокна древесины в смежных слоях находились во взаимно перпендикулярных направлениях, что обеспечивает изотропность фанеры при высоких прочностных показателях (сравнимой с цельной древесиной без пороков). В зависимости от вида использованного клея фанера может быть: - повышенной водостойкости (ВСФ) на фенолформальдегидных клеях; - водостойкой (ФК) на карбамидном клее; - неводостойкой (ФБА) на белковом (альбуминовом, казеиновом) клее. Толщина листов фанеры – от 3 до 19 мм; размеры по длине (ширине) – от 725 до 2240 мм. Фанера Кроме обычной выпускается декоративная фанера, облицованная шпоном ценных пород или декоративными полимерными плёнками. Для использования во влажных условиях в нагруженных конструкциях (опалубка для бетона, кровельные плиты, трубы и т.п.) производится бакелитизированная фанера (марок ФБС и ФБ), в которой шпон пропитывается фенолформальдегидными смолами и подвергается интенсивному горячему прессованию. Данная фанера (см. ниже) имеет абсолютную водостойкость, очень высокую прочность (близкую к прочности стали) и плотность, достигающую 1200 кг/м3. Бакелитизированная фанера Брус LVL (от англ. lamber – лесоматериалы; venear – шпон; laminated – слоистый) – материал, получаемый как и фанера, из клееного шпона, но волокна шпона в нём расположены параллельно друг другу вдоль изготавливаемого элемента. Первичные заготовки – панели размером до 1,8×18 м при толщине 20…75 мм – получают горячим прессованием шпона с фенольными смолами. Из них могут быть вырезаны элементы требуемого размера и конфигурации. Преимущества изделий LVL (перед изделиями из массивной древесины): - большая длина (до 18 м); - повышенная в 1,5…1,7 раза прочность; - отсутствие пороков, характерных для древесины (трещин, сучков, косослоя); - пониженные гигроскопичность и деформации усушки-набухания; - повышенная гнилостойкость. При этом сохраняется невысокая плотность и декоративность древесины. Области применения изделий LVL: балки перекрытий, кровельные конструкции, фермы, элементы каркаса и т.п. Брус LVL Столярные плиты получают склеиванием деревянных реек сечением не более 30 мм в сплошную плиту больших размеров с последующей оклейкой шпоном с одной или двух сторон. Применяются для изготовления дверей, мебели и т.п. Столярная плита Столярные изделия строительного назначения – это главным образом оконные и дверные блоки, выпускаемые деревообрабатывающими комбинатами (ДОК) в виде полностью готовых (антисептированных и окрашенных) изделий. Строительные конструкции и детали из древесины производят на ДОКе и доставляют на строительство в готовом виде. К ним относятся комплекты для сборных деревянных домов, детали и конструкции для малоэтажных зданий (балки, фермы). Сборные деревянные дома могут быть двух типов: - с деревянным каркасом (из бруса, толстых досок и т.п.), заполненным каким-либо теплоизоляционным материалом (минеральной ватой, фибролитом и т.п.) и обшитым с внутренней и наружной сторон; - из брёвен (обычных и оцилиндрованных) или бруса (обычного и клееного). Оцилиндрованные брёвна получают обработкой брёвен на токарном станке, после чего они имеют одинаковый диаметр по всей длине. Также на станке вдоль бревна выбирается паз радиусом, равным радиусу бревна, а в необходимых по проекту местах делаются врубки. На строительство брёвна подаются в высушенном до равновесной влажности состоянии. Оцилиндрованные брёвна Клееный брус изготовляют на заводе склейкой из 3…5 толстых досок (ламелей) таким образом, чтобы годовые кольца древесины в соседних ламелях были направлены в разные стороны. Клееные брусья не трескаются и не коробятся. На верхней и нижней гранях бруса фрезеруются шипы и ответные им пазы для получения плотного стыка. Для получения шлифованной поверхности боковые грани бруса обрабатываются на станках. Возможна дополнительная обработка поверхностей тонирующими гидрофобизаторами типа пинотекс для подчеркивания текстуры дерева и придания желаемого оттенка. Клееный брус Клееные деревянные конструкции получают склеиванием реек и мелкоразмерных досок из древесины хвойных пород в большеразмерные конструкции любой заданной формы (балки, фермы) с помощью водостойких полимерных клеев. Швы склеиваемых элементов делаются «вразбежку». Клееные деревянные конструкции при современной технологии изготовления превосходят по эффективности железобетонные. Материалы из отходов деревообработки и на базе неделовой древесины выпускаются для строительства в большом ассортименте. В этих материалах древесина в виде стружек, щепы или опилок используется как наполнитель совместно с полимерным (ДСП) или минеральным (ЦСП, фибролит, арболит) связующим. К ним относятся: а) древесно-волокнистые плиты; б) цементно-стружечные плиты; в) древесно-стружечные плиты; г) фибролит; д) арболит. Древесно-волокнистые плиты (ДВП) получают путём распушки размягченной горячей водой или паром древесины до состояния волокна. Волокнистая масса, суспензированная в воде с добавлением гидрофобизирующих и антисептирующих добавок, выливается на частую медную сетку для отфильтровывания воды и образует на ней ковёр. В зависимости от вида производимой плиты этот ковёр сушится (с легким подпрессовыванием) или прессуется на горячем прессе. В первом случае получают мягкие и полутвёрдые ДВП, используемые для тепловой и звуковой изоляции. Толщина изоляционных ДВП составляет 10…25 мм, плотность – 150…350 кг/м3, теплопроводность – 0,05…0,09 Вт/(м·К), прочность при изгибе – 0,4…2 МПа. Размеры плит: длина – до 3 м, ширина – до 1,6 м. Мягкая древесно-волокнистая плита (ДВП) Во втором случае получают тонколистовой прочный материал с гладкой поверхностью – твёрдый ДВП (оргалит), используемый для обшивки стен, потолков, при настилке полов и как основа сборных элементов покрытия пола – ламината. При этом, оргалит не рекомендуется использовать во влажных помещениях, ввиду его подверженности набуханию и деформациям при контакте с водой. Плотность твердого ДВП составляет 800…1000 кг/м3. Размеры плит: толщина – 2,5…5 мм; длина – 1,2…3 м; ширина – 0,6…2 м. Оргалит Для отделки помещений с влажным режимом эксплуатации (ванные, туалеты и т.п.) используются сверхтвёрдые ДВП плотностью 1100…1200 кг/м3, в состав которых вводят термореактивные смолы, отверждаемые в процессе горячего прессования плит при 5…7 МПа и 200…240 0С. Поверхности таких плит окрашивают или покрывают декоративными плёнками (ламинируют). Цементно-стружечные плиты (ЦСП) получают прессованием древесных стружек с цементным вяжущим и минеральными добавками. Стружки готовят из неделовой древесины хвойных и лиственных пород (размеры стружки: l = 15…45 мм; b = 4…6 мм; δ = 0,15…0,5 мм). В качестве минерального вяжущего применяется портландцемент без пластифицирующих добавок. Расход основных компонентов на 1 м3 ЦСП: цемент – 750…850 кг; стружка – 280…350 кг; вода – до необходимой консистенции. Готовая смесь укладывается на поддоны и прессуется при давлении 1,8…2,0 МПа, после чего проводится термообработка при 80…90 0С в течение 8 ч. Окончательное твердение плит протекает в нормальных условиях в течение 14 сут. Толщина плит – 10…24 мм; плотность ЦСП – 1100…1400 кг/м3; теплопроводность (в сухом состоянии) – 0,3…0,4 Вт/(м·К). Цементно-стружечные плиты применяются для изготовления перегородок, подшивки потолков, подстилающих слоёв полов, сборных щитовых зданий и др. Цементно-стружечная плита (ЦСП) Древесно-стружечная плита (официальная аббревиатура – ДСтП, неофициально – ДСП) – листовой композиционный материал, изготовленный путём горячего прессования древесных частиц, преимущественно стружки, смешанных со связующим веществом неминерального происхождения с введением при необходимости специальных добавок (6…18 % от массы стружек) на одно- и многоэтажных периодических прессах 0,2…5 МПа, 120…190 °C или в непрерывных ленточных, гусеничных либо экструзионных агрегатах. Плотность ДСП изменяется в пределах 0,5…1,0 г/см³, набухание в воде – 5…30 %, предел прочности при растяжении – не менее 0,2…0,5 МПа, предел прочности при изгибе – не менее 10…25 МПа, влажность – 5…12%. Применяются для изготовления корпусной, мягкой и другой мебели, строительных элементов (до широкого распространения гипсоволоконных (ГВЛ), гипсокартонных (ГКЛ) листов и ориентированно-стружечных плит (OSB) широко применялись в строительстве, в том числе в качестве опалубок, перегородок в помещениях, сухой штукатурки, в каркасно-панельном деревянном строительстве), вагонов и в производстве тары. Древесно-стружечная плита (ДСП) Арболит (от лат. arbo – дерево + греч. lithos – камень) – легкий бетон, получаемый из смеси дроблённых древесных отходов (в т.ч. опилок) и портландцемента. В зависимости от средней плотности арболит может быть: - теплоизоляционный (ρm<500 кг/м3); - конструкционно-теплоизоляционный (ρm=500…800 кг/м3). По прочности при сжатии стандартных образцов арболит делят на классы от В0,35 до В3,5. Плотность арболита – 400…800 кг/м3; прочность при сжатии – 0,5…6,0 МПа; теплопроводность – 0,08…0,17 Вт/(м·К); морозостойкость – 25…30 циклов. Применяется в виде блоков, панелей, а также в монолитном варианте для стен, перегородок, теплоизоляционных покрытий жилых и общественных зданий с нормальным режимом эксплуатации. Конструкционный цементный арболит допускается армировать стальной арматурой. Не допускается к применению в конструкциях, подвергающихся непосредственному длительному воздействию воды (стены подвалов, цокольной и карнизной частей зданий). Арболитовые блоки Ксилолит (от греч. xylon – древесина) – разновидность арболита, приготовляемого из опилок, древесной муки и магнезиального вяжущего. Отличается высокой прочностью, достаточной твёрдостью и небольшой теплопроводностью. Широко применялся в конце XIX – начале XX века для устройства бесшовных монолитных полов, по свойствам близким к паркетным. Также из ксилолита изготовлялись плитки для пола. Ввиду дефицитности сырья (магнезиты необходимы для получения огнеупоров), ксилолиты не имеют серьёзных перспектив к широкому применению. Ксилолит Фибролит (от лат. fibra – волокно) – материал, получаемый из тонких длинных древесных стружек (l = 50…200 мм; b = 2…5 мм; δ = 0,3…0,5 мм), называемых «древесная шерсть», и портландцемента (реже – магнезиального вяжущего). Смесь из стружек и вяжущего формуется в виде плит, подпрессовывается и выдерживается до затвердевания вяжущего. Длина плит – 2,4 и 3,0 м; ширина – 0,6 и 1,2 м; толщина – 30…100 мм. Средняя плотность (марка) плит – 300, 400 и 500 кг/м3. Прочность при изгибе – от 0,4 до 1,5 МПа. Теплопроводность – 0,07…0,13 Вт/(м·К). Водопоглощение (по массе) – не более 35…40%. Фибролитовые плиты применяют в качестве конструкционно-теплоизоляционного (марки 400 и 500) и теплоизоляционного (марка 300) материала для заполнения стен, перегородок, утепления перекрытий, но с обязательной защитой поверхностей от продувания. Также данные плиты можно использовать в качестве несъёмной опалубки при возведении бетонных стен: в них фибролит остаётся как теплоизоляционный элемент стены. Фибролит Фибролит обладает хорошими акустическими свойствами (ввиду наличия развитой системы открытых пор), поэтому используется и как звукопоглощающий материал. Защита древесины от гниения и возгорания Защита от гниения Для развития грибов, использующих древесину как питательную среду, необходимы определенные условия: влажность древесины – не менее 18…20%; температура +5…+40 0С; свободный доступ кислорода. Наиболее радикальный и реальный с конструктивной точки зрения путь защиты древесины от гниения – сухой режим эксплуатации (влажность древесины – не более 15%). Другим способом является антисептирование (от греч. septikos – вызывающий гниение). Антисептики – ядовитые вещества, замедляющие рост грибов или вызывающие их гибель. Антисептики должны удовлетворять следующим требованиям: - ядовитость по отношению к грибам; - легкость проникновения в древесину; - стойкость во времени; - не ядовитость по отношению к человеку и животным; - отсутствие разрушающего воздействия на древесину и металлы. По физическому состоянию и методам использования антисептики могут быть: - водорастворимыми; - маслорастворимыми; - газообразными; - пастообразными. В строительстве наиболее часто применяются водорастворимые антисептики: минеральные – фтористый натрий (NaF), кремнефтористый натрий (Na2SiF6), хлористый цинк (ZnCl2), медный купорос (CuSO4); органические – антраценовое масло, креозот (вне зданий), динитрофенол, динитрофенолят натрия/кальция, фенолят натрия. Защита от возгорания Возгорание древесины при контакте с открытым огнем происходит при температуре 260…290 0С, а при нагреве выше 350 0С газы, выделяющиеся из древесины, способны самовозгораться. Для недопущения возгорания древесины применяют специальные меры конструктивного характера, сводящие к минимуму вероятность нагрева древесины и её контакта с огнём. Другим путём является снижение возгораемости самой древесины вплоть до перевода её в группу трудносгораемых с помощью нанесения огнезащитных покрытий, либо пропитки антипиренами (от греч. pyr – огонь). Огнезащитные покрытия могут быть в виде обмазок, красок и лаков. Обмазки на основе неорганических связующих (глина, известь, гипс), наполнителей (слюда, асбест и т.п.) и антипиренов наносят слоем 2…3 мм на деревянные конструкции, к которым не предъявляются декоративные требования. Огнезащитные краски образуют более декоративные покрытия. Огнезащитные лаки используются в тех случаях, когда необходимо сохранить видимой природную текстуру дерева. Огнезащитные пропитки представляют собой растворы солей и антипиренов, которыми пропитывают древесину. Пропитка древесины может быть поверхностная (на месте производства работ) и глубокая (в заводских условиях). Наиболее распространенными антипиренами являются: фосфат и сульфат аммония, бура, поташ (K2CO3), борная кислота (H3BO2).