Строение дерева позволяет более эффективно использовать технологии обработки древесины как строительный материал и в значительной мере снизить ее недостатки в процессе эксплуатации.
Дерево состоит из ствола, кроны и корней. Корни предназначены для укрепления дерева в грунте, для всасывания влаги растворенных в ней минеральных веществ и подачи их к стволу. Ствол удерживает крону и служит для перемещения воды питательных веществ от корней через ветви к листьям, а от листьев обратно к корням.
Читай далее на http://stroivagon.ru физические свойства древесины
Рисунок-1. Основные разрезы ствола
Строение древесины, видимое не вооруженным глазом или при небольшом увеличении, называет ся макроструктурой, а видимое под сильным увеличением (микроскопом) — микроструктурой. Макроструктуру древесины изучают по трем разрезам ствола дерева (рис. 1 ) : поперечному, радиальному продольному(по диаметру или радиусу) и тангентальному продольному (по хорде). В поперечном и радиальном разрезах ствола различают следующие основные части (рис.1): кору, луб, камбий, древесину и сердцевину.
Читай далее на http://stroivagon.ru механические свойства древесины
Кора защищает дерево от механических повреждений. Она состоит из наружного слоя — корки и внутреннего луба.
Луб — тонкий внутренний слой коры, он предназначен для передачи питательных веществ из кроны дерева вниз; в нем откладываются запасы этих веществ.
Камбий — тонкий жизнедеятельный слой ткани, располагающийся за лубом. В слое камбия к центру дерева откалываются клетки древесины, а в сторону луба — лубяные клетки. Каждая клетка камбия при размножении делится на две, одна из которых, более тонкостенная, откладывается к внешней стороне ствола, другая, толстостенная, одеревеневшая клетка располагается по направлению к сердцевине. Весной камбий образует широкие клетки с тонкой оболочкой, так называемую весеннюю древесину.
Читай далее на http://stroivagon.ru пороки древесины
Во второй половине вегетационного периода, когда дерево нагружено развивающимися побегами и листьями, камбий образует толстостенные сплюснутые клетки, которые выполняют механические функции и составляют главную часть летней древесины. Образовавшиеся в течение вегетационного периода слои называют годичными. У некоторых пород, например дуба, они хорошо видны на торцовом разрезе. Находящийся за камбием толстый слой древесины состоит из ряда тонких концентрических слоев.
Древесина обычно имеет светлую окраску, но у некоторых пород непосредственно к сердцевинной трубке прилегает более темная древесина, называемая ядром или мертвой древесиной. От ядра к внешней части ствола располагается светлоокрашенная древесина — заболонь или оболонь. Древесные породы с темной центральной частью называют ядровыми (дуб, кедр, сосна), а древесные породы, у которых центральная часть имеет свойства ядра, но по цвету не отличается от периферийной части, называют спелодревесными (ель, пихта, бук).
Если у древесной породы ядро отсутствует, то ее называют заболонной (береза, клен, ольха). У растущего дерева заболонь состоит преимущественно из живых клеток.
Сердцевина расположена вдоль всего ствола в его центральной части. Она состоит из клеток с тонкими стенками. Сердцевина и образовавшиеся в первый год роста побеги образуют сердцевинную трубку. Эта часть ствола является наиболее слабой, она плохо противостоит загниванию. Питательные вещества в поперечном направлении — от коры к сердцевине — проходят по сердцевинным лучам.
В зависимости от условий роста годовые слои бывают различной ширины даже у деревьев одной и той же породы. Однако ширина годового слоя не так существенно отражается на свойствах древесины, как процентное содержание в ней поздней древесины; с его увеличением прочность древесины возрастает.
Перемещение влаги в древесине лиственных пород происходит по сосудам, расположенным вдоль ствола. В некоторых лиственных породах (дубе, ясене, вязе) имеются крупные и мелкие сосуды: крупные сосуды располагаются в ранней части годового слоя, а мелкие собраны в группы или распределены равномерно по всей площади поздней древесины.
Рисунок-2.Схемы анатомического строения разных пород дерева
Рисунок 2-дуб: 8-сосуды; 11-лучи сердцевины; береза-2-лучи сердцевины; 8-сосуды; сосна-3-смоляной ход; 2-лучи сердцевины.
Такие породы называют кольце-сосудистыми (рис.2 дуб). В некоторых лиственных породах(березе,осине,липе)крупны сосудов нет и различия между ранней и поздней частями годового слоя не наблюдаются. Эти породы называют рассеянно-сосудистыми (рис.2 береза).Деревья хвойных пород сосудов не имеют, они состоят из замкнутых удлиненных клеток — трахеид (рис.2 сосна).У большинства хвойных пород между трахеидами в поздней части годового слоя находятся смоляные ходы —межклеточные пространства,заполненные смолой.
Кроме годовых колец на поперечном разрезе видны узкие полосы, направленные по радиусам и называемые сердцевидными лучами. На радиальном разрезе дуба они имеют вид относительно широких лент. Микроструктура древесины состоит из большого количества живых и отмерших клеток различных размеров и форм. Живая клетка имеет протоплазму, ядро, оболочку и клеточный сок. Протоплазма представляет собой зернистую, прозрачную, тя-
гучую слизь (растительный белок), состоящую из углерода, водорода, кислорода, азота и серы.
Ядро от протоплазмы отличается лишь наличием фосфора, оно обычно имеет овальную форму.Оболочка клетки состоит в основном из целлюлозы или клетчатки (С6Н10О5)n. По мере роста клетки оболочка претерпевает различные изменения в строении и составе, в результате чего происходит ее одеревенение или опробкование, или ослизнение. При одеревенении в оболочке клетки образуется вещество лигнин, в результате чего увеличиваются твердость и прочность клетки.
При опробковании в оболочке клетки образуются вещества с меньшим содержанием кислорода, чем лигнин, в связи с чем клетка хорошо противостоит гниению и становится непроницаемой для воды и газов. Ослизнение сопровождается превращением всей оболочки или части ее в слизь, которая растворяется в воде. Если ослизняется часть оболочки, то создаются отверстия, которыми клетки соединяются между собой, образуя сосуды.
По назначению различают клетки проводящие, механические и запасающие.
Проводящие клетки служат в основном для передачи питательных веществ от корней к ветвям и листьям. Механические клетки имеют вытянутую форму, толстые стенки и узкие внутренние полости, которые плотно соединены между собой. Эти клетки в основном придают древесине высокую прочность. Запасающие клетки находятся большей частью в сердцевинных лучах и служат для хранения и передачи питательных веществ живым клеткам в горизонтальном направлении.
Строение ствола дерева
Макроструктуру ствола (видимую невооруженным глазом) можно рассмотреть на трех основных разрезах: поперечном (или торцовом) и двух продольных — радиальном (проходящем через ось ствола) и тангенциальном (рис. 1). На торцовом срезе видна кора, камбий и древесина. Кора состоит из наружной кожицы, пробкового слоя под ней и внутреннего слоя — луба. Под слоем луба у растущего дерева находится тонкий камбиальный слой, состоящий из живых клеток, размножающихся делением.
Древесина состоит из вытянутых веретенообразных клеток — ячеек, стенки которых состоят в основном из целлюлозы. Эти пустотелые ячейки образуют волокна, воспринимающие на себя механические нагрузки. Вначале в листьях дерева из атмосферного углекислого газа и воды под действием солнечного света образуется глюкоза, которая хорошо растворяется в воде. В растворенном виде глюкоза по внутренним каналам дерева поступает к растущим клеткам камбия.
В стенке клетки молекулы глюкозы соединяются своими концами между собой:
-OH + HO → -O- + H2O
В результате происходящей реакции поликонденсации образуется кислородная связь ( — О — ) и молекула воды, уходящая в сок дерева.
Кислородная связь объединяет кольца глюкозы в макромолекуле целлюлозы, состоящей из нескольких сотен глюкозных ячеек:
Рисунок-4. Глюкозные ячейки
Следовательно, целлюлоза является природным линейным полимером, нитевидные цепи которого жестко связаны (сшиты) гидроксильными связями. Это объясняет отсутствие у древесины области высокоэластичного состояния, возникающего при нагревании многих линейных полимеров. Деление клеток камбия начинается весной и заканчивается осенью. Поэтому древесина ствола состоит из ряда концентрических годовых колец. В свою очередь каждое годовое кольцо включает внутренний слой ранней (или весенней) древесины и внешний слой поздней (или летней) древесины.
Древесина, образовавшаяся весной и в начале лета, состоит из крупных тонкостенных клеток. Поздняя древесина, образовавшаяся летом и в начале осени, состоит из клеток меньшего размера и имеет более темный цвет, большую плотность и прочность, чем ранняя древесина. Поэтому механическая прочность древесины возрастает при увеличении относительного содержания в ней поздней древесины.
На поперечном разрезе ствола дерева видны сердцевина, ядро и заболонь (рис. 1).
Сердцевинная трубка представляет собой рыхлую первичную ткань, которая состоит из тонкостенных клеток, имеет малую прочность и легко загнивает. Поэтому сердцевина не допускается в тонких досках и брусках, предназначенных для растянутых и изгибаемых элементов конструкций. Нежелательна сердцевина и в столярных изделиях, так как она постепенно выкрашивается.
Ядро, или спелая древесина, — внутренняя часть стволу дерева. Ядро выделяется темным цветом (рис. 1), так как стенки клеток древесины ядра постепенно изменяют свой состав: у хвойных пород они пропитываются смолой, а у лиственных — дубильными веществами; движение влаги по этим клеткам прекращается. Поэтому древесина ядровой части ствола обладает большей прочностью и стойкостью к загниванию по сравнению с древесиной заболони.
Заболонь состоит из колец более молодой древесины, окружающих ядро (или спелую древесину). По живым клеткам заболони растущего дерева перемещается влага с растворенными в ней питательными веществами. Древесина заболони имеет большую влажность, легко загнивает, вследствие значительной усушки склонна к короблению.
Древесные породы делят на: 1) ядровые, имеющие ядро и заболонь (дуб, ясень, платан, сосна, лиственница, кедр и др.) спелодревесные, имеющие спелую древесину (она не отличается по цвету от заболони) и заболонь (ель, пихта, осина, бук и др.);
заболонные, у которых отсутствует ядро и нельзя заметить существенного различия между центральной и наружной частями древесины ствола (береза, клен, ольха, липа).
Микроструктура древесины
Микроструктура древесины — это строение древесины, видимое под микроскопом. Клетки древесины классифицируют в зависимости от выполняемых ими функций. Механическая, или опорная, ткань древесины — наиболее прочная и стойкая к загниванию. В древесине хвойных пород опорную ткань образуют трахеиды поздней древесины. Древесина хвойных пород состоит главным образом из трахеид, на их долю приходится 90 — 95% общего объема древесины (рис. 4).
Рисунок-4. Микроструктура древесины хвойных пород:
1 — клетки (трахеиды) поздней древесины; 2 — клетки ранней древесины; 3 — запасающие клетки сердцевинных лучей; 4 — поры в стенках клеток.
Опорная ткань в стволах лиственных пород состоит из веретенообразных толстостенных клеток, называемых «древесными волокнами».Проводящие клетки — сосуды у лиственных пород и трахеиды — у хвойных. Сосуды представляют собой тонкостенные трубочки, расположенные одна над другой диаметром 0,04 — 0,3 мм, длиной около 100 мм и более. У большинства хвойных пород сосудов нет, так как соответствующую функцию у них выполняют трахеиды, сообщающиеся между собой с помощью микроскопических отверстий, указанных на рис. 124. Следовательно, трахеиды хвойных пород выполняют роль опорной и проводящей ткани.
Сердцевинные лучи видны на поперечном разрезе ствола дуба, клена, бука и некоторых других лиственных пород в виде узких радиальных полосок. На тангенциальном разрезе ствола сердцевинные лучи представляются в виде темных штрихов. У хвойных пород они очень узки и видны только под микроскопом. В растущем дереве сердцевинные лучи служат для перемещения питательных веществ и сохранения запаса их на зиму. По отношению к объему всей древесины хвойные породы содержат 5 — 10%, а лиственные 10 — 35% сердцевинных лучей.
Древесина сравнительно легко раскалывается по сердцевинным лучам, по ним же проходят трещины, образующиеся при высыхании лесных материалов. Это объясняется тем, что сердцевинные лучи состоят из коротких тонкостенных клеток, слабо связанных между собой.
Стенка клетки (по Роберту) состоит из нескольких слоев, различающихся по своему составу и толщине (рис. 5).
Рисунок-5. Строение стенки клетки древесины
Вакуоль 1 ограничена внутренним очень тонким слоем 2, первичные волокна (фибриллы) целлюлозы расположены в нем примерно вдоль оси клетки. Второй слой 3 гораздо толще внутреннего и состоит из множества пучков фибрилл целлюлозы, расположенных по спирали. В межфибрилльном пространстве находится немного лигнина. В среднем слое 4 фибриллы целлюлозы расположены более или менее правильно, покрывая витками предыдущий слой. В межфибрилльном пространстве расположен лигнин. Следующий слой 5 состоит из переплетающихся между собой фибрилл целлюлозы. Межклеточный элемент 6 не содержит целлюлозы. Он субмикроскопической толщины и при делении клетки сначала образуется как разделительная стенка между вновь возникающими клетками, состоящая из протопектина совместно с лигнином.