Пороки древесины и их влияние на качество
Пороками древесины называют изменения ее внешнего вида, нарушение целостности тканей и клеточных оболочек, правильности ее строения и повреждения, понижающие качество древесины и ограничивающие возможности ее применения.
Дефекты — пороки древесины механического происхождения, возникающие в ней в процессе заготовки, транспортирования, сортировки и механической обработки.
Влияние порока на качество древесины зависит от его вида, размера, расположения в материале и назначения материала. Он снижает прочность и декоративность лесоматериалов, поэтому сортность древесины определяют с обязательным учетом имеющихся в ней пороков.
Согласно ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины. Классификация, термины и определения» все пороки подразделяются на группы: сучки, трещины, грибные повреждения, химические окраски, пороки формы ствола и строения древесины, повреждения насекомыми, инородные включения и дефекты обработки.
Сучки — наиболее распространенный и неизбежный порок древесины, которые представляют собой основания ветвей, заключенные в древесину ствола. По степени зарастания сучки бывают открытые и заросшие.
Открытые сучки классифицируют:
по форме разреза на поверхности сортимента — круглые, овальные и продолговатые; сучки по данному признаку определяются отношением большего диаметра к меньшему; если это отношение не больше двух, сучок называется круглым, а если в пределах от двух до четырех — овальным; при величине отношения двух диаметров более четырех — продолговатым;
по положению в сортименте — пластевые, кромочные, ребровые, торцовые и сшивные; пластевые сучки выходят на широкую сторону сортимента (пласть), кромочные — на узкую сторону (кромку), ребровые — на ребро, торцовые — на торец, сшивной — одновременно на два ребра одной и той же стороны;
по взаимному расположению — разбросанные, групповые, разветвленные; разбросанными называют сучки, расположенные одиночно и отстоящие друг от друга на расстоянии, превышающем ширину сортимента, у широких сортиментов (шириной более 150 мм) расстояние между сучками должно быть не менее 150 мм; разветвленные сучки образуются при наличии двух и более сучков, выходящих из одной мутовки, и характерны чаще для хвойных пород; к групповым относятся два и более сучка независимо от их формы на отрезке длины сортимента, равном его ширине;
по степени срастания с окружающей древесиной ствола — сросшиеся, частично сросшиеся, несросшиеся и выпадающие нёсросшиеся; сросшимся считается сучок, у которого годичные слои не срослись с окружающей древесиной на протяжении менее 1/4 его периметра; у частично сросшихся сучков годичные слои не срослись на протяжении более 1/4, но менее 3/4; у несросшихся сучков несрос-шаяся часть составляет более 3/4 периметра сучка; сучок, который не имеет срастания годичных слоев с окружающей древесиной и при высыхании может выпадать, называется выпадающим;
по состоянию древесины — здоровые, светлые здоровые, темные здоровые, здоровые с трещинами, загнившие," гнилые, табачные; сучок, имеющий древесину без признаков гнили, называется здоровым; сучок, древесина которого светлая и близка по цвету к окружающей древесине, называется здоровым светлым, а сучок, древесина которого значительно темнее окружающей древесины и обильно пропитана смолой, — здоровым темным; загнившими и гнилыми называются сучки, у которых зона поражения гнилью занимает соответственно менее и более 1/з площади размера сучка; если древесина полностью сгнила и превратилась в массу бурого цвета, которая при надавливании легко выкрашивается, такой сучок называется табачным;
по выходу на поверхность — односторонние и сквозные; односторонние сучки выходят на одну или две смежные стороны сортимента, сквозные — на две противоположные стороны сортимента.
Количество сучков, размеры и их расположение в значительной степени зависят от породы дерева, части ствола и условий произрастания. Стволы светолюбивой породы (сосны) имеют меньше сучков, чем стволы ели. Деревья, выросшие на свободе, очищаются от сучков в меньшей степени и гораздо позднее по времени, чем деревья, выросшие в сомкнутых древостоях. В нижней (комлевой) части ствола находится меньшее количество сучков, чем в вершинной.
Сучки ухудшают внешний вид древесины, нарушают однородность строения, а иногда и целостность, вызывают искривления волокон и годичных слоев, затрудняют механическую обработку. Сучки, особенно кромочные, продолговатые, сшивные и групповые, снижают прочность древесины при растяжении вдоль волокон и изгибе. Табачные сучки указывают на наличие в древесине скрытой внутренней гнили. Второй по значению порок древесины —трещины. Они подразделяются на метиковые, морозные, трещины усушки и отлупные. Возникают в растущем дереве и увеличиваются в срубленной древесине в процессе ее высыхания. Все разновидности трещин нарушают целостность лесоматериалов и в некоторых случаях снижают их механическую прочность.
Метиковые трещины — радиально направленные трещины в ядре, отходящие от сердцевины, не доходящие до коры и имеющие значительную протяженность по длине сортимента. Протяженность мети-ковой трещины может быть более 10 м. В зависимости от расположения в круглых сортиментах подразделяются на простые и сложные. Простая метиковая трещина — одна или две трещины, направленные по одному диаметру и проходящие в одной плоскости по длине сортимента. Две или несколько трещин, расположенные на торце под углом друг к другу, а также одна или две трещины, направленные по одному диаметру, но располагающиеся по длине сортимента в разных плоскостях, — это сложная метиковая трещина.
Отлупная трещина — трещина между годичными слоями, возникающая в ядре или спелой древесине. Формируются в растущем дереве, имеют короткую протяженность по высоте ствола и снаружи не видны.
Морозная трещина — наружные продольные разрезы древесины стволов растущих деревьев. Распространяется вглубь ствола по радиальным направлениям (чаще в комлевой части).
Пороки формы ствола выражаются в различных отклонениях от нормальной формы ствола и формируются в период роста дерева. Кним относят сбежистость, закомелистость, наросты, кривизну, овальность.
Сбежистость представляет собой постепенное уменьшение толщины лесоматериалов или ширины необрезных пиломатериалов на всем их протяжении. Если на каждый метр высоты ствола (длины сортимента) диаметр уменьшается более чем на 1 см, такое явление расценивается как порок. Стволы хвойных пород менее сбежисты, чем лиственные.
Закомелистость — резкое увеличение диаметра комлевой части лесоматериалов и ширины пилопродукции. Сбежистость и закомелистость затрудняют применение лесоматериалов по назначению, увеличивают количество отходов при их распиливании и лущении, раскрое пиломатериалов, обуславливают появление радиального наклона волокон.
Наросты и кривизна часто встречаются на всех породах, особенно на лиственных, затрудняют применение лесоматериалов по назначению и осложняют их переработку. Наросты — местные утолщения ствола, бывают с гладкой поверхностью и правильным строением древесины, а также с неровной поверхностью и свилеватым
строением древесины, которые называются капами. Кривизна — искривление ствола по длине. Различают простую и сложную кривизну, которая характеризуется соответственно одним или несколькими изгибами сортимента.
К порокам строения древесины относят наклон волокон, крень, свилеватость и др.
Наклон волокон (косослой) — отклонение волокон от продольной оси сортимента, приводит к повышенной усушке и короблению. Наклон волокон затрудняет механическую обработку древесины, понижает способность к загибу, а также прочность пиломатериалов при растяжении вдоль волокон и изгибе.
Крень — местное изменение строения древесины хвойных пород. Выражается в кажущемся увеличении ширины поздней зоны годичных слоев. Образуется в сжатой зоне изогнутых или наклонных стволов. Крень повышает твердость древесины и ее прочность при сжатии и статическом изгибе; снижает прочность при растяжении; увеличивает усушку вдоль волокон, вызывая растрескивание и продольное коробление пилопродукции; уменьшает водопоглощение древесины и этим затрудняет ее пропитывание, а также ухудшает внешний вид.
Тяговая древесина наблюдается на торцах в виде дугообразных участков, на радиальных поверхностях — в виде узких полос (тяжей). Она повышает прочность древесины при растяжении вдоль волокон и статическом изгибе, повышает усушку во всех направлениях, особенно вдоль волокон, что способствует появлению коробления и трещин, затрудняет обработку, приводя к образованию ворсистости и мшистости поверхности.
Свилеватость — искривление волокон. Снижает прочность древесины при растяжении, сжатии и изгибе, повышает прочность при раскалывании и скалывании в продольном направлении, затрудняет фрезерование древесины.
Завиток встречается в виде частично перерезанных, скобкооб-разно изогнутых контуров, образованных искривленными годичными слоями. Различают односторонний и сквозной завиток. Снижает прочность древесины при сжатии и растяжении вдоль волокон, а также ударную вязкость при изгибе. Прочность материала заметно снижается при расположении завитков в растянутой зоне опасного сечения. Смоляной кармашек встречается в древесине хвойных пород; может быть односторонним и сквозным, снижает прочность древесины. Вытекающая из смоляных кармашков смола портит поверхность изделий и препятствует их лицевой отделке и склеиванию.
Прорость — частично или полностью заросшая на стволе кора или омертвевшая в результате повреждения древесина; возникает в растущем дереве при зарастании нанесенных ему повреждений и сопровождается развитием засмолка, грибных ядровых пятен и полос ядровой гнили. Нарушает целостность древесины и сопровождается искривлением прилегающих годичных слоев. Прорость бывает открытой и закрытой.
Засмолок — встречается в древесине только хвойных пород. Он существенно не влияет на механические свойства, однако заметно снижает ударную вязкость при изгибе, уменьшает водопроницаемость, затрудняет лицевую отделку и склеивание.
Ложное ядро — темноокрашенная внутренняя часть ствола лиственных безъядровых пород. По форме поперечного сечения может быть округлым, звездчатым и лопастным. Этот порок портит внешний вид, отличается плохой проницаемостью, пониженной прочностью при растяжении вдоль волокон и хрупкостью. У березы ложное ядро легко растрескивается.
Водослой — бывает в виде мокрых, темных пятен различной формы и величины, является причиной растрескивания снижает ударную вязкость и сопровождается гнилью.
Химические окраски в большинстве случаев — следствие окисления содержащихся в древесине дубильных веществ. К ним относятся: продубина, дубильные потеки, желтизна, которые не влияют на физико-механические свойства древесины, а при интенсивной окраске ухудшают внешний вид материалов.
Грибные поражения в древесине возникают при развитии в ней грибов, которые подразделяются на деревоокрашивающие и дерево-разрушающие.
Грибы относятся к простейшим организмам, которые размножаются споровым методом и вегетативно. Растущие деревья и срубленная древесина заражаются спорами — мельчайшими микроорганизмами, которые обладают высокой жизнеспособностью и хорошо приспосабливаются к неблагоприятным условиям. Споры разносятся ветром или водой на значительные расстояния и, попадая через трещины и раны в ствол дерева, начинают развиваться.
На древесине грибы развиваются при определенной влажности (оптимальная — 40—60%) и температуре (оптимальная — 20—30 °С).
В благоприятных условиях споры прорастают и образуют гифы (тонкие нити), которые переплетаются между собой и формируют мицелий гриба или грибницу. Гифы, проникшие в древесину, выделяют ферменты, последние превращают целлюлозу и лигнин в вещества, которые растворяются в воде и усваиваются грибом.
По характеру питания и степени разрушения древесины грибы делятся на два вида. В первом случае грибы питаются лигнином или целлюлозой, что приводит к разрушению клеточной стенки, а следовательно, и всей древесины. Грибы, вызывающие такие изменения в древесине, называются дереворазрушающими. Во втором случае изменяется окраска древесины и лишь частично — ее физико-механические свойства. Такие грибы называютсядеревоокрашивающими.
Механические свойства древесины, пораженной гнилью, резко ухудшаются, способность сопротивляться нагрузкам полностью утрачивается. Плотность такой древесины снижается в 2—2,5 раза, водопроницаемость увеличивается. Гнилая древесина при высыхании резко коробится.
Деревоокрашивающие грибы питаются запасными органическими веществами (белки, жиры, углеводы), накапливающимися в полостях клеток древесины. Оптимальная температура, при которой происходит развитие распространенного деревоокрашивающего грибка (синевы), — 20—25 С. При температуре 7—8 °С начинается замедление роста грибницы. Необходимая влажность для развития грибов синевы — 22—163%. Оптимальная влажность для грибницы — 33—82%. Пораженная древесина приобретает серую окраску с синеватым или зеленоватым оттенками. Прочность древесины понижается на 7—12%, увеличивается влажность и проницаемость для жидкостей. На такой древесине легко развиваются дереворазрушающие грибы и жуки-точильщики.
Под воздействием деревоокрашивающих грибов в растущем дереве возникают грибные ядровые пятна и полосы, в срубленной древесине — грибные заболонные окраски. На качество древесины эти пороки существенно не влияют, незначительно снижают прочность при ударных нагрузках, портят внешний вид и повышают водопроницаемость древесины.
Ядровая гниль — участки ненормальной окраски ядра, которые по цвету и характеру разрушения подразделяются на пеструю ситовую, бурую трещиноватую и белую волокнистую ядровую гниль. Этот порок существенно влияет на механические свойства материала. В зависимости от размеров поражения древесины гнилью ее сортность снижается вплоть до полной непригодности.
Плесень представляет собой отдельные пятна или сплошной налет зеленого, голубого, черного или другого цвета. На механические свойства древесина она не влияет, но ухудшает ее внешний вид.
. Побурение появляется в срубленной древесине в результате развития биохимических процессов с участием грибов; оно предшествует
заболонной гнили и наблюдается только на свежих разрезах древесины. Побурение мало изменяет прочность материала при статических нагрузках и твердость, но снижает ударную вязкость древесины при изгибе, ухудшает ее внешний вид, а у бука уменьшает водопроницаемость.
Заболонная гниль возникает в сухостойной, валежной и срубленной древесине под воздействием дереворазрушающих грибов, а также при длительном и неправильном хранении. Этот порок снижает прочность материала при статическом изгибе на 22%, при сжатии вдоль волокон — на 20—25%.
Трухлявая наружная гниль резко снижает механические свойства древесины, процесс разрушения может продолжаться не только в непросушенном, но и в относительно сухом материале. Пораженная древесина — опасный источник грибной инфекции для деревянных конструкций и сооружений, поскольку легко распадается на части и растирается в порошок.
Насекомые повреждают преимущественно неокоренные свеже-срубленные лесоматериалы. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.
Червоточина в зависимости от глубины проникновения может быть поверхностной (не влияет на механические свойства), неглубокой и глубокой (нарушают целостность древесины и снижают механические свойства). Червоточины способствуют проникновению грибов и развитию гнили.