Строение древесины — главные разрезы ствола: корни, кора, крона. Физико-механические свойства и микроструктура древесины

10 лет назад в Канаде нашли останки деревьев, которые росли почти 400 млн лет назад. Древесина тысячи лет служит топливом, материалом для строительства, из нее делают мебель, бумагу, создают шедевры искусства и многое другое.

Понятие древесины

Древесина – это твердая ткань дерева или кустарника без коры. Основную массу дает ствол. Древесину составляют слои, расположенные от сердцевины к коре. Являются сложной тканью, в которой по сосудам поступает влага с микроэлементами от корней к кроне.

При росте дерева его центральная часть постепенно мертвеет. Сосуды, проходящие по ней, тоже постепенно закупориваются.

По расположению крупных сосудов древесину делят на:

• Кольцесосудистую – ильм, акация, дуб – самые большие сосуды находятся у центра. У кольцесосудистых деревьев древесина тяжелая и отличается прочностью.
• Рассеянно-сосудистую – бук, береза, рябина – сосуды размещены почти равномерно.

В древесине большинства растений хорошо заметны так называемые кольца роста (годичные или годовые), и сердцевинные (радиальные) лучи. Внутри годичного кольца есть ранняя зона, формирующаяся весной, и поздняя зона, формирующаяся летом. По сердцевинным лучам движется вода, содержащая питательные элементы и вещества.

Состав и строение древесины изучают по разрезам, они бывают трех видов:

• Поперечный (торцовый) – производится поперек.
• Радиальный – производится непосредственно через сердцевину вдоль.
• Тангенциальный – не касаясь сердцевины, параллельно росту.

Ствол дерева: его строение

Ствол состоит из следующих элементов:

1. Кора – внешний поверхностный слой.
2. Луб – находится под корой (под ее пробковой прослойкой) и покрывает заболонь.
3. Камбий – клеточный активный слой, в котором происходит весной и летом деление клеток. С середины осени и зимой деление прекращается до следующей весны. Процесс четко виден при поперечном разрезе. Так появляются годичные кольца.
4. Заболонь – по ней доставляются полезные вещества и влага вверх от корней к кроне.
5. Ядро – зрелая древесина. Физиологические процессы в ядре не происходят. Слой считается «мертвым». Ядро хвойных пород содержит много смол. Темнее по цвету, чем заболонь.
6. Сердцевина – относительно мягкая и рыхлая, находится под защитой твердых слоев.

Молодой ствол дерева состоит из мягкого и пропитанного влагой слоя – заболони. Постепенно часть заболони отмирает и образуется сердцевина.

Породы деревьев, имеющие ядро, называются ядровыми (почти все хвойные породы, часть лиственных). Породы деревьев, у которых сердцевина отмирает, но ее цвет не меняется, называются спелодревесные (осина, ель).

У третьей группы деревьев сердцевина не отмирает, их называют «заболонные» или «безъядровые» (береза, груша). Существует в древесине некоторых лиственных пород деревьев ложное ядро (береза, ольха). Оно отличается от настоящего тем, что может пересекать контуры годичных колец.

Свойства древесины

Основные свойства делятся на:

Механические

1. Прочность – устойчивость к разрушающим механическим усилиям. При поперечном воздействии прочность снижается до 8 раз.
2. Упругость – способность сопротивляться изменению объема и формы при механических усилиях. Зависит от равномерности слоев и размеров радиальных лучей. На упругость влияет влажность.
3. Вязкость – способность гнуться не разрушаясь. Увеличивается при повышении влажности.
4. Степень устойчивости к деформации.

Физические

1. Внешние (например: окраска, текстура, запах).
2. Гигроскопичность – способность отдавать и поглощать влагу.
3. Плотность. Зависима от влажности. Уровень оптимальной влажности не более 15%. Высокая плотность обеспечивает хорошую прочность.
4. Твердость – способность древесины противостоять воздействию твердых тел (шурупов, гвоздей). Рассчитывается методом Бринелля или методом Янка. Плотность и направление волокон в зоне воздействия влияют на твердость. Существует 5 видов твердости: очень мягкая (пихта), мягкая (береза, липа), средней твердости (вяз, орех), твердая (ясень, яблоня, вишня), очень твердая (сукупира, мутения, тис). Твердость лиственницы сравнивают с камнем.
5. Теплопроводность.
6. Звукопроводность
7. Электропроводность.

Химические: Устойчивость к действию кислот и щелочей, газов. В лиственных породах содержится меньше целлюлозы, чем в хвойных. Этим объясняется их пониженная химическая стойкость.

Технологические

1. Способность держать крепления из металла (гвоздей, шурупов).
2. Износостойкость (способность не разрушаться при трении). Чем суше, тверже и плотнее древесина, тем выше стойкость к износу.
3. Пластичность.
4. Сопротивление расколу (делению на волокна под ударами клина). Увеличивается вместе с вязкостью.

Древесина как стройматериал

Положительные свойства древесины как стройматериала:

1. Прочность при относительно небольшой плотности.
2. Хорошие теплоизолирующие свойства (низкая теплопроводность).
3. Удельная прочность приближается к показателю стали и выше, чем у кирпича и бетона.
4. Жесткость близка к незакаленной стали.
5. Слабо подвержена линейному расширению.
6. Долговечность.
7. Слабо подвержена механическим вибрациям.
8. Прекрасно проводит радиоволны.

Серьезным недостатком является неоднородность древесины, что приводит к разбуханию, деформации, усыханию.

В настоящее время методы защиты древесины гарантируют долговечность. Технология изготовления клееного бруса практически полностью избавляет от этого недостатка.

Пороки древесины

К порокам древесины относят:

1. Наличие сучков.
2. Природные и приобретенные трещины.
3. Кривизна ствола.
4. Неравномерное расположение волокон, измененные формы годичных колец.
5. Поражения, нанесенные грибами (окрашивающие и разрушающие грибки).
6. Наличие биологических повреждений (червоточины).

Химический состав древесины

По своему химическому составу древесина всех деревьев практически одинакова.

Ее составляют 3 элемента:

1. Углерод 50%.
2. Кислород 44%.
3. Водород 6%.

Из этих элементов складываются вещества. Древесина на 1% состоит из неорганических химических веществ (зола, образуется при сжигании) и 99% составляют органические.

Органические состоят из:

• Смола, эфирные масла и другие экстрактивные вещества. Составляют примерно 5%.
• Ароматические – лигнин. Составляет до 30%.
• Холоцеллюлоза (углеводы). Составляет 70 – 80%.

Холлоцеллюлоза в свою очередь состоит из целлюлозы (40 – 50%) и гемицеллюлозы (20 – 30%).

Фото строения древесины