ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Древесина - высокопористый продукт живой природы, отлича­ющийся специфическим волокнистым строением, предопределяющим своеобразие ее физико-механических свойств, широкое и многооб­разное использование в различных отраслях народного хозяйства.

Благодаря этим свойствам лесные материалы, а также изделия и конструкции на их основе могут достаточно долго работать в различ­ных условиях эксплуатации.

К положительным, свойствам древесины относится высокая ме­ханическая прочность и одновременно с этим легкость, что позволяет отнести ее к эффективным материалам с достаточно высоким коэффициентом конструктивного качества.

Древесина способна поглощать ударные нагрузки и гасить вибра­ции, она отличается высокими тепло-, звуко- и электроизоляцион­ными свойствами, химической стойкостью к кислотам и щелочам, легко обрабатывается резательными инструментами, хорошо удер­живает металлические и другие крепления, надежно склеивается и, наконец, обладает естественной декоративностью, что делает ее по­пулярным отделочным материалом.

К отрицательным свойствам древесины относятся анизотроп­ность, т. е неоднородность структуры и свойств в различных на­правлениях по отношению к расположению древесных волокон; повышенная гидроскопичность и водопоглощение, предопределяющие изменение важнейших физико-механических характери­стик за счет неравномерного разбухания; коробления и растрескивания.

Строение и состав

Растущее дерево состоит из корневой системы, ствола и кроны. Промышленное значение имеет ствол, так как из него получается от 60% до 90% древесины. Макроструктурой называют строение ствола дерева, видимое не­вооруженным глазом или через лупу, микроструктурой - видимое под микроскопом. Обычно изучают три основных разреза ствола: по­перечный (торцовый), радиальный, проходящий через ось ствола, и тангенциальный, проходящий по хорде вдоль ствола (рис.ЛМ-1а).

Рис. ЛМ-1Строение ствола дерева:

а) основные разрезы ствола: 1 - поперечный (торцовый); 2 - радиальный; 3 -тангенциальный; б) строение ствола дерева на поперечном разрезе: 1 -кора; 2 - камбий; 3 - луб; 4 - заболонь; 5 - сердцевина; 6 - сердцевинные лучи.

Макроструктура

При рассмотрении разрезов ствола дерева невооруженным глазом или через лупу можно различить следующие основные его части: сердцевину, кору, камбий и древесину (рис. ЛМ-2).

Сердцевина состоит из клеток с тонкими стенками, слабо связан­ных друг с другом. Сердцевина совместно-с древесной тканью перво­го года развития дерева образует сердцевинную трубку. Эта часть ствола дерева легко загнивает и имеет малую прочность.

Кора состоит из кожицы или корки, пробковой ткани и луба. Корка или кожица и пробковая ткань защищают дерево от вред­ных влияний среды и механических повреждений. Луб проводит пи­тательные вещества от кроны в ствол и корни.

Под лубяным слоем у растущего дерева располагается тонкий кольцевой слой живых клеток - камбий. Ежегодно в вегетативный период камбий откладывает в сторону коры клетки луба и внутрь ствола, в значительно большем объеме - клетки древесины. Деление клеток камбиального слоя начинается весной и заканчивается осе­нью, поэтому древесина ствола (часть ствола от луба до сердцевины) в поперечном разрезе состоит из ряда концентрических, так называе­мых, годичных колец, располагающихся вокруг сердцевины. Каж­дое годичное кольцо состоит их двух слоев: (весенней) древесины, образовавшейся весной или в начале лета, и поздней (летней) древе­сины, которая образуется к концу лета. Ранняя древесина светлая и состоит из крупных, но тонкостенных клеток; поздняя древесина бо­лее темного цвета, менее пориста и обладает большей прочностью, так как состоит из мелкополостных клеток с толстыми стенками.

В процессе роста дерева стенки клеток древесины внутренней час­ти ствола, примыкающей к сердцевине, постепенно изменяют свой состав и пропитываются у хвойных пород смолой, а у лиственных - дубильными веществами. Движение влаги в древесине этой части ствола прекращается и она становится более прозрачной, твердой и менее способной к загниванию. Эту часть ствола, состоящую из мертвых клеток, называют у некоторых пород ядром, у других - спе­лой древесиной. Часть более молодой древесины ствола ближе к ко­ре, в которой еще изменяются живые клетки, обеспечивающие пере­мещение питательных веществ от корней к кроне, называют заболонью. Эта часть древесины имеет большую влажность, относительно легко загнивает, малопрочна, обладает большей усушкой и склонно­стью к короблению.

Породы, у которых ядро отличается от заболони более темной ок­раской и меньшей влажностью, называют ядровыми (сосна, лист­венница, дуб, кедр и др.). Породы, у которых центральная часть ство­ла отличается от заболони только меньшей влажностью, называют спелодревесными (ель, пихта, бук, липа и др.). Древесные породы, у которых нельзя заметить значительного различия между центральной и наружной частями древесины ствола, носят название забеленные породы (береза, клен, ольха, осина и др.).

В древесине всех пород располагаются сердцевинные лучи, ко­торые служат для перемещения влаги и питательных веществ в попе­речном направлении и создания запаса этих веществ на зимнее время. У хвойных пород они обычно очень узки и видны только под микро­скопом. Древесина легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же она растрескивается при высыхании.

Расходы на строительные материалы, изделия и конструкции составляют 50-70% от стоимости строительства. Поэтому так важно знать, как минимизировать расходы на них. Это можно сделать за счет применения современных ресурсо- и энергосберегающих технологий, местного сырья, отходов промышленности. При этом от материалов, изделий и конструкций требуется обеспечение требуемого качества.

Строительные материалы - природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Различают строительные материалы общего и специального назначений.

В качестве классификационных признаков выбирают: производственное назначение строительных материалов, вид исходного сырья, основной показатель качества, например их масса, прочность, и другие. В настоящее время в классификации учитывают также и функциональное назначение, например теплоизоляционные материалы, акустические материалы и другие в дополнение к делению на группы по признаку сырья - керамические, полимерные, металлические и т. п. Одна часть материалов, объединенных в группы, относится к природным, а другая их часть - к искусственным.

Каждой группе материалов или отдельным их представителям в промышленности соответствуют определенные отрасли, например цементной промышленности, стекольной промышленности и т. п., а планомерное развитие этих отраслей обеспечивает выполнение планов строительства объектов.

Природные , или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в «деловой лес». Этим материалам придают определенную форму и рациональные размеры, но не изменяют их внутреннего строения, состава, например химического. Чаще других из природных используются лесные (древесные) и каменные материалы и изделия. Кроме них в готовом виде или при простой обработке можно получить битум и асфальт, озокерит, казеин, кир, некоторые продукты растительного происхождения, например солому, камыш, костру, торф, лузгу и др., или животного мира, например шерсть, коллаген, боннскую кровь и др. Все эти природные продукты в сравнительно небольших количествах тоже используют в строительстве, хотя главными остаются лесные и природные каменные материалы и изделия.

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже - из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.

Древесина является одним из древнейших строительных материалов. Из нее изготовляют не только различные конструктивные элементы зданий и сооружений, но и возводят целые деревянные здания. Древесина является сырьем для изготовления отделочных материалов, фибролита, древесноволокнистых и древесностружечных плит, для производства мебели и паркета- Широкому применению древесины способствуют такие положительные свойства, как высокая прочность при небольшой объемной массе, малая теплопроводность и легкость механической обработки. К недостаткам древесины следует отнести: неоднородность строения, обусловливающая различные показатели прочности и теплопроводности вдоль и поперек волокон, подверженность гниению, сгораемость и легкая возгораемость, высокая гигроскопичность, наличие разнообразных пороков (сучки, трещины, косослой, кривизна ствола и др.).

Учитывая высокие физико-механические свойства и сравнительно небольшую объемную массу, для строительных целей чаще применяют древесину хвойных пород: сосны, ели, лиственницы, кедра и реже древесину твердых лиственных пород: дуба, бука, граба, клена, ясеня, березы- Для временных сооружений и вспомогательных конструкций (опалубка, навесы, обрешетка) используют древесину мягких лиственных пород: осины, ольхи, тополя, липы,

Лесные строительные материалы, применяемые в строительстве, подразделяют на круглые лесоматериалы и пиломатериалы (рис. 2.15).

Круглые лесоматериалы представляют собой очищенные от коры и сучьев отрезки древесных стволов (разных пород) и в зависимости от диаметра в верхнем торце подразделяются на бревна, подтоварник и жерди.

Бревна имеют диаметр в верхнем торце не менее 14 см и длину 4-6,5 м. В зависимости от наличия пороков древесины применяемые в строительстве бревна по своему качеству делятся на три категории- К 1-й и 2-Й категориям относят бревна без пороков, гнили и червоточины, к 3-й – бревна со многими пороками, кроме гнили.

Подтоварник представляет собой часть ствола дерева диаметром в вер-

хнем торце 8-13 см и длиной 3-9 м.

Рис. 2.15. Виды пиломатериалов:

1 - бревно (пиловочник); 2 - лежень; 3 - лежень, окантованный с двух сторон; 4 - пластина; 5 - обзольный брус; 6 ~ брус; 7 - горбыль; 8 - доска с обзолом; 9 - обрезная доска; а - кромка: 6 - пласт; в - ребро.

Жерди имеют диаметр в верхнем торце 3-7 см и длину 3-9 м. Круглые лесоматериалы хранят в штабелях по породам, сорту и длине

Пиломатериалы получают продольной распиловкой бревен По характеру обработки пиломатериалы бывают обрезные и не обрезные По форме поперечного сечения пиломатериалы разделяют на лежни, пластины, брусья обзольные, брусья чистообрезные, горбыль, доски с обзолом, доски чистообрезные. В зависимости от качества древесины и наличия пороков пиломатериалы разделяют на пять сортов: отборный, 1, 2, 3 и 4 В зависимости от отношения ширины к толщине пиломатериалы разделяют надоски, бруски и брусья.

Доски изготовляют толщиной от 13 до 100 мм и шириной от 80 до 250 мм, но всегда отношение ширины к толщине менее 2.

Бруски представляют собой пиломатериалы толщиной до 100 мм при отношении ширины к толщине менее 2. Чаще бруски имеют квадратное сечение.

Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм.

Способы повышения долговечности лесоматериалов . Для повышения долговечности лесоматериалы подвергают сушке, обработке антисептиками, а для защиты от влаги и огня их поверхности покрывают специальными защитными составами.

Сушка древесины может быть естественной и искусственной При естественной сушке пиломатериалы укладывают в штабеля с прокладками и защищают их навесами. Искусственную сушку древесины осуществляют в сушильных камерах горячим воздухом, газом, паром или током высокой частоты, а также путем погружения пиломатериалов в нагретый петролатум. При сушке древесины улучшается ее качество, уничтожаются грибковая инфекция и насекомые-вредители- Влажность высушенной древесины 6-8 %.

Амтисептирование - пропитка древесины растворами фтористого и хремнефтористого натрия, аммония, креозотового или антраценового масла с целью защиты ее от гниения,

Для защиты древесины от повреждения насекомыми используют каменноугольное масло с растворителями, сланцевое масло, хлорофос в виде дустов, суспензий, эмульсий и в газообразном состоянии

Для защиты древесины от влаги, возгорания ее поверхности покрывают масляными и синтетическими окрасочными огнезащитными составами- Огне- защитные составы приготавливают на основе жидкого стекла При повышенной температуре эти составы сплавляют и образуют стекловидный слой, который препятствует доступу кислорода. Чтобы повысить огнестойкость, древесину также пропитывают химическими составам - антипиренами, например растворами фосфорнокислого аммония, буры, борной кислоты.

Природные каменные материалы и изделия на них .

Основными свойствами природных каменных материалов являются: объемная масса, плотность, пористость, предел прочности при сжатии, морозостойкость и коэффициент размягчения По величине показателей этих свойств оценивают качества каменных материалов и определяют их марки.

По объемной массе каменные материалы делят на тяжелые -плотностью более 1800 кг/м 3 и легкие - менее 1800 кг/м 3

По пределу прочности при сжатии установлены марки: для тяжелых каменных материалов - 100, 125. 150, 200, 300. 400, 500, 600. 800 и 1000; для легких - 4. 7, 10, 15, 25, 35. 50, 75, 100, 125, 150 и 200 Цифра указывает на прочность материала в Н/м 2

По степени морозостойкости установлены марки от 10 до 200. Цифра морозостойкости указывает на количество циклов «замораживания - размораживания», при которых сохраняется прочность.

По коэффициенту размягчения каменные материалы делят на четыре группы с К =0,6; 0,75; 0,9 и 1.

В зависимости от назначения к каменным материалам предъявляют дополнительные требования: стойкость к истиранию, износу, по цвету, текстуре и др. Камни природные обыкновенные и мелкие блоки изготавливют из известняков, вулканических туфов и других горных пород с объемной массой 2200 кг/м 3 , пределом прочности при сжатии не менее 2.5 МПа, морозостойкостью не менее 15 и коэффициентом размягчения 0,6 и более-

В зависимости от способа изготовления, точности обработки и формы при-родные камни разделяют на- пиленые и чистой, получистой и грубой тески, грубооколотные. плитняк и камень бутовый рваный.

Камень бутовый добывают главным образом из осадочных пород (плотные известняки, доломит, песчаник) и реже из изверженных пород. Предел прочности бутового камня не ниже 10 МПа, коэффициент размягчения не ниже 0,75, масса отдельных камней от 15 до 40 кг. Отходы при изготовлении бутового камня и рваный бутовый камень перерабатывают на щебень,

Крупные блоки из природного камня . Наибольшее распространение получили крупные блоки из известняка с пределом прочности 2,5- 10 МПа и объемной массой 1500-1800 кг/м 3 . Размеры блоков и номенклатура установлены ГОСТ 15884-70. Блоки выпускают для двух-, трех- и четырехрядной разрезки для стен жилых и общественных зданий и многорядной - для промышленного строительства.

Облицовочные плиты из природного камня изготавливают поГОСТ9480-77 с абразивной (полированная, лощеная, шлифованная, пиленая) и скальной (рельефная, термоструйная, точечная, бороздчатая) фактурой лицевых поверхностей. Облицовочные плиты изготавливают из гранита, сиенита, диорита, габбро, лабродита, кварцита, известняка, туфа, песчаника, мрамора. Из природного камня кроме облицовочных плит изготавливают профильные детали: плинтуса, галтели, капители, ступени, подоконные доски и др,

Природные пески применяют в строительстве в естественном состоянии, а также в качестве заполнителя для строительных растворов и бетонов. Пески разделяют на тяжелые с объемной массой более 1200 кг/м 3 и легкие (пористые) - менее 1200 кг/м 3 .

Тяжелый природный песок (ГОСТ 8736-77) - продукт естественного разрушения горных пород и по зерновому составу разделяется на крупный с размером зерен 2,5-5 мм, средний - 2,5-2 мм, мелкий - 2-1,5 мм и очень мелкий - 1,5-1 мм.

Природные пористые пески (ГОСТ 22263-76) получают путем дробления и рассева пемзы, вулканического шлака, туфа, пористых известняков и ракушечника.

Гравий - продукт естественного разрушения горных пород и представляет собой смесь каменных зерен округлой формы размером от 5 до 70 мм.

Сырье для производства строительных материалов Беларуси

В Беларуси этот вид минерального сырья представлен многочисленными и разнообразными месторождениями песков и песчано-гравийных смесей, глин, карбонатных пород, гипса, а также естественного строительного камня. Несмотря на относительную дешевизну этого вида сырья, его значение в современной экономике страны трудно переоценить.

Пески имеют широкое распространение в Беларуси. Месторождения песков приурочены к четвертичной толще, реже - к отложениям палеогена и неогена. Они, как правило, водно-ледникового и озерно-аллювиального происхождения; на юге страны залегают также пески эолового генезиса. Пески используются как в естественном состоянии, так и после обогащения для производства бетонов, строительных растворов, в стекольной промышленности и литейном производстве.

Сырьевая база строительных и силикатных песков включает около 80 месторождений (общие запасы около 350 млн м3), расположенных по всей территории страны. Пески залегают на поверхности или близко к ней в виде линзовидных или пластообразных залежей различных размеров. Мощность отдельных залежей достигает 15 м. Месторождения строительных песков приурочены к озам, зандровым равнинам, террасам рек. Разрабатывается более 35 месторождений. Ежегодная добыча составляет 7-8 млн м3.

Залежи формовочных песков выявлены в Жлобинском (месторождение Четверня) и Добрушском (Ленино) районах Гомельской области. Месторождение Четверня эксплуатируется Жлобинским карьероуправлением, а Ленино-Гомельским горнообогатительным комбинатом. Ежегодно добывается около 0, 6 млн м3 формовочных песков.

Месторождения стекольных песков разведаны в Гомельской (Лоевское) и Брестской (Городное) областях. Их общие запасы 15 млн м3. Стекольные пески пригодны для получения оконного и тарного стекла.

Песчано-гравийные смеси связаны с моренными, реже аллювиальными отложениями. Залежи песчано-гравийного материала широко распространены в северной и центральной частях Беларуси. По размерам они обычно небольшие (до 50 га). Мощность продуктивной толщи от 1-3 до 10-20 м. Гранулометрический состав непостоянный. Содержание основных компонентов варьирует следующим образом: галька - от 0 до 55 %, гравий - от 5-10 до 75, песок - от 5-10 до 75, глинистые частицы - до 5-7 %. Разведано 136 месторождений с общими запасами более 700 млн м3; эксплуатируется 82 месторождения. Ежегодно добывается около 3 млн м3 песчано-гравийных материалов. Они применяются, в основном, для приготовления бетонов и строительных растворов.

Глины являются сырьевой базой для производства грубой керамики, легких заполнителей, а также используются в качестве важнейшего компонента при изготовлении различных типов цемента. Месторождения легкоплавких глин связаны, в основном, с четвертичными отложениями, тугоплавких - с олигоценовыми и плиоценовыми образованиями, распространенными на юге Беларуси.

Разведано более 210 месторождений легкоплавких глин с общими запасами около 200 млн м3. Разрабатывается более ПО месторождений, ежегодно добывается 2, 5-3, 5 млн м3 сырья. Разведано также 9 месторождений для производства аглопорита и керамзита с общими запасами около 60 млн м3. Из них эксплуатируется 6 месторождений (добыча 0, 6 млн м3). Запасы глинистых пород для цементного производства - более 110 млн м3.

Сырьевая база тугоплавких глин насчитывает 6 месторождений с общими запасами по категориям A+B+Cj более 50 млн м3. Месторождения представлены пластообразными залежами мощностью от 1, 5 до 15 м. Глубина их залегания не превышает 7-8 м. Ежегодная добыча тугоплавких глин составляет 0, 4-1 млн м3.

Группа промышленно ценных глинистых пород Беларуси включает также каолины, выявленные в пределах Микашевичско-Житкович-ского выступа кристаллического фундамента. Они представляют собой продукты выветривания гранитогнейсов и гнейсов. Каолины, как правило, светло-серые и белые, слюдистые, с примесью гидрослюды и монтмориллонита. Выявлено 4 месторождения. Залежи плащеобразные, их средняя мощность 10 м, глубина залегания изменяется от 13 до 35 м. Прогнозные ресурсы оцениваются почти в 27 млн т. Каолины содержат повышенные количества красящих оксидов железа. Они пригодны для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, не требующих высокой белизны, а также для изготовления шамотных изделий.

Карбонатные породы, используемые, в основном, для производства цемента и извести, представлены писчим мелом и мергелями, залегающими в толще позднемелового возраста. Они находятся как в коренном залегании, так и в ледниковых отторженцах. На площадях их неглубокого залегания, главным образом, в Кричевском, Климовичском, Костюковичском и Чериковском районах Могилев-ской области, Волковысском и Гродненском районах Гродненской области разведан целый ряд месторождений. Одни из них (например, Кричевское) представлены писчим мелом, другие (Коммунарское) - мергелем, третьи (Каменка) - мергелем и писчим мелом. Мощность продуктивной толщи на месторождениях варьирует от 10-20 до 50 м при глубине залегания кровли от 1 до 25 м. Содержание СаСО3 колеблется от 65 % в мергелях до 98 % в писчем мелу.

Сырьевая база цементной промышленности включает 15 месторождений с общими запасами карбонатных пород по категориям A+B+Cj 720 млн т. Разрабатывается 8 месторождений, на базе которых действуют РУП «Волковыскцементошифер» и «Кричевцементошифер», а также Белорусский цементный завод, осваивающий запасы мергелей Коммунарского месторождения. Цементная промышленность Беларуси обеспечена карбонатным сырьем на длительную перспективу.

Сырьевая база производства извести основана на использовании писчего мела. В стране числится 33 месторождения этого полезного ископаемого с общими запасами по категориям A+B+Cj около 210 млн т. Эксплуатируется 6 месторождений.

Гипс в платформенном чехле на территории Беларуси известен давно; он встречается в виде пластов, слоев, прослоев, прожилков и гнезд в средне-, верхнедевонских и нижнепермских отложениях. Сравнительно неглубоко залегающие (167-460 м) мощные пласты гипса выявлены среди отложений фаменского яруса верхнего девона на западе Припятского прогиба. Они приурочены к приподнятому блоку кристаллического фундамента и образуют Бриневское месторождение гипса. Здесь установлено до 14 пластов гипса, которые объединены в четыре горизонта. Мощность гипсовых горизонтов колеблется от 1-3 до 46 м. В разрезе нижнего из них наблюдаются мощные линзы гипсово-ангид-ритовой и ангидритовой породы. Содержание гипса в продуктивных пластах изменяется от 37 до 95 %. Запасы гипса по категориям Cj+C2 составляют 340 млн т, ангидрита - 140 млн т. Имеется возможность организовать добычу 1 млн т гипса в год.

Естественный строительный камень на территории Беларуси представлен разнообразными породами кристаллического фундамента (граниты, гранодиориты, диориты, мигматиты и др.). В Брестской области разведаны два месторождения строительного камня (Микашевичи и Ситница), в Гомельской - месторождение строительного камня (Глушкевичи, участок Крестьянская Нива) и месторождение облицовочных материалов (Карьер Надежды). Наиболее крупным из них является месторождение Микашевичи. Строительный камень здесь залегает на глубине от 8 до 41 м. Полезное ископаемое представлено диоритами, гранодиоритами и гранитами. Первоначальные запасы камня по категориям A+B+Cj составляли 168 млн м3. Месторождение эксплуатируется открытым способом; глубина карьера около 120 м. Разрабатывается также месторождение Глушкевичи. На месторождении Микашевичи годовая добыча камня составляет около 3, 5 млн м3, производство щебня - 5, 5 млн м3, на месторождении Глушкевичи - 0, 1 млн м3 и 0, 2 млн м3 соответственно.

На месторождении облицовочного камня Карьер Надежды продуктивная толща представлена серыми и темно-серыми мигматитами, обладающими хорошими декоративными свойствами. Глубина залегания полезного ископаемого - от нескольких десятков сантиметров до 7 м; запасы сырья здесь 3, 3 млн м3.

В стране имеются перспективы увеличения объемов добычи строительного камня за счет строительства второго предприятия на базе месторождения Микашевичи, а также расширения объемов добычи облицовочных материалов на месторождении Карьер Надежды. Отдельные виды естественного строительного камня могут быть использованы для каменного литья и производства минеральных волокон. В этом отношении особенно интересны метадиабазы Мика-шевичского месторождения.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта