На территории Российской Федерации естественно произрастают и культивируются более 50 видов сосны.
В строительстве используются главным образом сосну следующих видов: обыкновенная, гибкая, смолистая, болотная, корейская.
И в северных и в средних широтах самым распространенным видом является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L). Однако, качество древесины сосны обыкновенной зависит от места произрастания дерева.

Наилучшим материалом для строительства, имеющим превосходные физико-механические свойства, является сосна, произрастающая в северной полосе - ангарская, карельская, архангельская.

Это связано с тем, что на севере зима более длинная, холодная, а лето короткое и сухое, что делает расстояние между годовыми кольцами минимальным (не более 2-х мм). А сосна из средней полосы имеет более широкие кольца (до 10мм) из-за более теплого, влажного и длинного лета, мягкой зимы. Более толстые годовые кольца у сосны придают древесине рыхлость, и следовательно, бревно будет иметь более низкие показатели по прочности, теплоемкости и более высокие по растрескиванию и большему проценту усадки

Для примера: процент усадки архангельского бревна составляет 3-4%; кировского, вологодского бревна - 4-6%; костромского 6-7%; тверского, смоленского, ярославского - до 10%. Поэтому при выборе материала для строительства дома необходимо учитывать все эти моменты.

В зависимости от места и условий роста дерева, ядро сосны (центральная часть ствола) может иметь различную окраску. На более возвышенных, сухих и малоплодородных почвах у сосны формируется мелкослойная плотная древесина, называемая кондовой, которая особенно ценится в строительстве. Кондовая сосна имеет мясо-красное или желто-красное ядро. На плодородных, хорошо увлажненных почвах образуется крупнослойная, менее плотная, мяндовая древесина имеющая ядро бледно-желтоватого цвета. Мяндовая сосна ценится меньше и обладает худшими механическими свойствами.

Технические характеристики сосны

Характеристика	Значение
Плотность	513кг/м3
Плотность в свежесрубленном состоянии	625 кг/м3
Жесткость в свежесрубленном состоянии, кг/см2	79
Жесткость в сухом виде, кг/см2	109
Удельный вес	0,51
Предел прочности при статическом изгибе, Мпа	71,8
Предел прочности при сжатии вдоль волокон, Мпа	34,8
Предел прочности при растяжении вдоль волокон, Мпа	84,1
Предел прочности при скалывании вдоль волокон, Мпа:
в радиальном направлении	6,2
в тангенциальном направлении	6,4
Твердость, Н/кВ.мм:
Торцовая	23,4
Радиальная	21,6
Тангенциальная	20,7
Модуль упругости при статическом изгибе, Гпа	8,8
Удельная работа при ударном изгибе, Дж/см3	1,6
Усушка, %:
В продольном направлении	0,4
В тангенциальном направлении	6-8
В радиальном направлении	3-4

Данные при 12% влажности; 1 МПа = 1 Н/мм2

Сравнительные характеристики древесины хвойных пород.

Название древесины	Устойчивость к гниению	Твердость, кг/см2	Плотность p15, кг/м3	Плотность p усл, кг/м3
КЕДР (сосна кедровая)		200	440	350
ЕЛЬ	4: невысокая	235	450	360
ПИХТА сибирская	4: невысокая	255	380	300
СОСНА	3-4: от умеренной до невысокой	260	520	400
ЛИСТВЕННИЦА	2-3: умеренная	395	670	520

Описание основных хвойных пород древесины

СОСНА

Порода и ее основные свойства - древесина средней плотности, достаточно высокой прочности, стойкая против гниения и поражения грибком, хорошо обрабатывается. Особо ценится в строительстве из-за малого количества сучков и малого изменения диаметра по длине ствола.

Внешние признаки - ядровая порода со смоляными ходами (сосредоточены главным образом в поздней древесине). Заболонь широкая от желтоватого до розового цвета. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах с четкой границей между ранней и поздней древесиной. Сердцевинные лучи не видны.

ЕЛЬ

Порода и ее основные свойства - по физико-механическим свойствам (плотность, твердость, прочность при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе) уступает сосне (примерно на 10%), но по коэффициенту качества несколько превосходит ее на 3-4%. Древесина труднее обрабатывается из-за обилия сучков и их повышенной твердости. Достоинства: односторонность строения, длинные волокна, устойчивый белый цвет, малая смолистость, высокая способность резонировать.

Внешние признаки - порода безъядровая, спелодревесная, имеет немногочисленные смоляные ходы. Древесина однородного белого цвета, иногда со слабым желтоватым или розовым оттенком. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах; поздняя древесина несколько отличается от ранней более темным цветом. Сердцевинные лучи не видны. В отличие от сосны имеет более крупные сучки расположеные мутовками, между которыми попадаются одиночные сучки меньших размеров.

ЛИСТВЕННИЦА

Порода и ее основные свойства - древесина, будучи высушенной, слабо подвержена гнили; хорошо противостоит действию воды.

Внешние признаки - годичные слои хорошо просматриваются при всех разрезах. Ствол лиственницы на 70 % состоит из ядра, резко выделяющегося по свойствам и цвету. Ядровая часть древесины содержат основную часть веществ, придающих лиственнице повышенную стойкость. Темная. Заболонь у лиственницы узкая, 8-20 мм, 25-30 % от древесной массы. Светлая. По физико-механическим свойствам уступает ядру

ПИХТА сибирская

Порода и ее основные свойства - древесина с заметно пониженными физико-механическими свойствами по сравнению с древесиной ели. В строительстве практически не используется.

Внешние признаки - порода безъядровая, со спелой древесиной; похожа на древесину ели, от которой отличается отсутствием смоляных ходов; однородного белого цвета. Годичные слои видны на всех разрезах; поздняя древесина отличается от ранней более темным цветом. Крупные сучки расположены мутовками, между которыми встречаются мелкие одиночные сучки.

КЕДР (сосна кедровая)

Порода и ее основные свойства древесина мягкая, легкая, легко обрабатывается. По физико-механическим свойствам занимает промежуточное положение между древесиной ели и пихты, но превышает их по стойкости против гниения. Прочность при сжатии и статическом изгибе ниже на 4-5% при плотности, равной плотности древесины ели

Внешние признаки - древесина имеет ядро светло- и желтовато-розового цвета, не резко отграничена от широкой желтовато-белой заболони. Годичные слои заметные, переход от ранней древесины к поздней постепенный, растушеванный. Смоляных ходов меньше, чем у сосны, но они более крупные. Сердцевинные лучи не видны.

На древесину в процессе эксплуатации воздействует целый ряд факторов окружающей среды, приводя к ее старению и разрушению. Среди них: климатические (УФ - излучение, влажность, ветровые нагрузки, кислород воздуха) и биологические (грибные поражения, поражения насекомыми, бактериями, водорослями).

Процесс деструкции заложен самой природой для поддержания экологического равновесия, поэтому в естественных условиях древесина, с течением времени, разрушается до углекислого газа и воды - самых простых химических соединений

Изменение свойств древесины под
воздействием внешних факторов

Влияние сушки

В процессе сушки на сырую древесину происходит воздействие пара, нагретого сухого и влажного воздуха, токов высокой частоты других факторов, приводящих в конечном результате к снижению содержания свободной и связанной влаги.

Правильно проведенная камерная сушка древесины дает материал, вполне равноценный получаемому в результате атмосферной сушки. Но если высушивать древесину в камерах слишком быстро и при высокой температуре, то это не только может привести к растрескиванию и значительным остаточным напряжениям, но и оказать влияние на механические свойства древесины.

Согласно исследованиям, при высокотемпературной сушке с конечной температурой в камере 105-110°С продолжительность сушки сокращается в 1,5-2 раза по сравнению с продолжительностью атмосферной сушки, но прочность древесины сосны (в досках толщиной 30-60мм) снижается при сжатии вдоль волокон на 0,8-8,7%, радиальном скалывании на 1-12%. Ударная вязкость снижается на 5-10,5%.

Влияние высокотемпературной сушки изучалось многими исследователями. Несмотря на противоречивость выводов, вызванную разным подходом к истолкованию результатов исследований, эти работы показали, что высокотемпературная сушка приводит к ухудшению механических свойств древесины.

Продолжительность сушки резко сокращается при использовании электромагнитных колебаний СВЧ. Однако степень специфического влияния этого фактора на свойства древесины изучена не до конца.

Влияние повышенных температур

Повышение температуры вызывает снижение показателей прочности и других физико-механических свойств древесины. При сравнительно непродолжительном воздействии температуры до 100°С эти изменения обычно обратимы, т.е. они исчезают при возвращении к начальной температуре древесины.

Данные ЦНИИМОД показывают, что прочность при сжатии вдоль и поперек волокон понижается как с повышением температуры, так и с повышением влажности древесины. Одновременное действие обоих факторов вызывает бо льшее снижение прочности по сравнению с суммарным эффектом от их изолированного воздействия.

При достаточно длительном воздействии повышенной температуры (более 50°С) в древесине происходят необратимые остаточные изменения, которые зависят не только от уровня температуры, но и от влажности.

Исследования, проведенные на древесине показали, что под действием температуры 80-100°С в течении 16 суток предел прочности при сжатии вдоль волокон снижается на 5-10%, а ударная вязкость на 15-30% (наибольшее снижение обнаружилось для дуба, наименьшее - для сосны). Снижение происходит главным образом в течение первых 2-4 суток.

Исследование последствий воздействия высоких температур в диапазоне 80-140°С на механические свойства древесины показали, что механические свойства снижаются с увеличением температуры, продолжительности ее воздействия и влажности древесины.

Влияние низких температур

Низкие температуры оказывают обратное влияние на прочность древесины: прочность замороженной древесины заметно повышается. Лед обеспечивает повышение устойчивости стенок клеток. Этим объясняется рост значений пределов прочности на изгиб, сжатие и раскалывание.

Влияние ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения снижают прочностные характеристики древесины. Объясняется это радиолизом (разложением) ее органических составляющих. Однако использование радиоизотопов в процессе неразрушающего контроля деталей из древесины и их лучевая стерилизация (смертельная доза для грибов и насекомых составляет примерно 1Мрад) не ведет к снижению механических свойств материала, потому что доза облучения ниже той, которая вызывает заметные разрушения в веществе древесины.

Влияние агрессивных жидкостей и газов

Под действием кислот и щелочей происходит изменение цвета и разрушение древесины. Смолистые вещества, содержащиеся в хвойной древесине, заметно ослабляют негативное воздействие агрессивных сред, поэтому от их воздействия меньше страдают изделия из лиственницы и больше (в два-три раза) - лиственные породы, особенно мягкие. Древесина, пораженная синевой, подвержена разрушению в большей степени, чем здоровая. Само собой разумеется, что разрушение древесины под действием кислот и щелочей приводит к снижению ее прочности.

Влияние морской и речной воды

Испытания показали, что после пребывания в речной воде в течение 10-30 лет прочность древесины практически не изменилась. При более длительном воздействии речной воды поверхностный слой (толщиной 10-15мм) постепенно теряет прочность и начинает разрушаться. В то же время за этим поверхностным слоем прочность остается в пределах нормы, определенной для здоровой древесины.

Если древесина находится в воде несколько сотен лет, ее свойства сильно меняются. Количественные и качественные показатели этих изменений зависят от породы древесины. Наиболее известны результаты воздействия речной воды на древесину дуба. Мореный дуб меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-черного, что происходит в результате соединения дубильных веществ с солями железа. В насыщенном водой состоянии древесина мореного дуба сохраняет пластичность, но после высушивания становится более твердой и хрупкой по сравнению с обычным состоянием. Усушка мореного дуба в 1,5 раза больше, чем обычного, что объясняют сморщиванием (коллапсом) клеток с уменьшенной толщиной стенок, поэтому и растрескивается древесина мореного дуба при сушке больше обычного. Прочность мореного дуба при сжатии и статическом изгибе снижается в 1,5 раза.

Длительное воздействие морской воды приводит к заметному повышению твердости лиственницы. При строительстве Венеции около 400 тыс. штук лиственничных свай было забито для укрепления оснований различных сооружений. Позже часть свай была обследована. В заключении об их прочности сказано, что сваи из лиственничного леса, на которых основана подводная часть города, как будто окаменели. Дерево сделалось до того твердым, что и топор, и пила едва берет его.

Обследование же сосновых свай, взятых из портовых сооружений, показало, что за 30 лет эксплуатации они на 40-70% снизили свои прочностные свойства.

Биологические факторы разрушения

Механизм биодеструкции древесины

Так как древесина является естественным продуктом органического происхождения, то при определенных значениях температуры и влажности подвергается биологическому поражению.

Биологические факторы, или агенты биоразрушения древесины - это живые организмы, способные оказывать на древесину разрушающее воздействие, среди них:

• грибы
• насекомые
• бактерии
• водоросли
• моллюски и ракообразные

Грибы являются самыми безжалостными истребителями древесины в природе.

Споры грибов находятся повсеместно в окружающей нас среде. Заразить древесину споры могут еще в лесу, при распиловке, транспортировке незащищенной древесины, а также при эксплуатации в строениях. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор в сутки, и хотя много их погибает, но и достаточно переносится животными, насекомыми и ветром, приводя к заражению незащищенной древесины. Заражение может произойти и через грибницу, если зараженная часть соприкасается со здоровой древесиной. Стоит спорам грибов попасть в благоприятные условия, как они начинают бурно развиваться и портить древесину.

Одна из распространенных ситуаций - стройматериалы заготовлены зимой («зимний лес» считается наиболее здоровым), а его использование начинается только летом. Для хранения древесину сложили в штабель и накрыли полиэтиленом. Вроде бы все правильно. Вот только не учли парникового эффекта. А этот эффект - просто благодать для плесени. Тепло и влага - этого достаточно, чтобы грибы размножились и окрасили древесину.

Развитию грибных поражений древесины способствуют теплые (5-30°С) и влажные условия (W более 22%) окружающей среды, отсутствие воздухообмена.

Грибы, поражающие древесину, отличаются большим разнообразием - от плесени, окрашивающей древесину поверхностно до дереворазрушающих грибов, проникающих в толщу древесины, и разрушающих ее практически полностью.

Сплетение очень тонких грибных нитей (гиф) образует плодовое тело (грибницу, или мицелий). Споры зреют в специальных носителях - конидиях (такие грибы называются деревоокрашивающими и плесневыми), или в плодовых телах - такие грибы называются дереворазрушающими.

Грибы представляют большую и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанное к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250тыс. Они широко распространенны в природе во всех районах земного шара. Из очагов поражения материалов выделяют мицелиальные грибы самых различных родов, но чаще других порчу материалов вызывают представители двух родов: Aspergillus и Penicillium. Грибы имеют вегетативное тело мицелиального строения. Оно представляет собой систему разветвленных нитей - гиф, толщина которых колеблется от 2 до 30мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается, и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющиеся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасных веществ споры, в дальнейшем - путем адсорбции питательных веществ из материала, подверженного биоповреждению.

В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Субстратный мицелий располагается на поверхности материала или пронизывает его вглубь. В этом случае повреждение имеет вид концентрического, прижатого к субстрату образования. Воздушный мицелий свободно поднимается над субстратом, соприкасаясь с ним только в отдельных точках. На нем обычно образуются органы размножения. В этом случае поврежденное место напоминает вату. Характер роста одного и того же гриба может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и др.). Грибы размножаются либо частью мицелия, которая дает начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор.

Грибы, развивающиеся на древесине (ксилофилы, ксилотрофы), практически все принадлежат к трем классам высших грибов, имеющих разделенные на клетки (септированные) гифы. Это аскомицеты (Ascomycetes, сумчатые грибы), дейтеромицеты или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti), и базидиомицеты (Basidiomycetes) - наиболее сильные разрушители.

На первой стадии при поражении, на древесине появляются грибы, питающиеся соками живого дерева. Такие как плесневые грибы Penicillium, Aspergillus, живущие на поверхности древесины. Затем в подготовленных плесневыми грибами оптимальных условиях начинают размножаться деревоокрашивающие грибы. Завершают разрушение древесины складские и дереворазрушающие грибы. Они вызывают сильное гниение древесины, приводящее к появлению продольных и поперечных трещин, а затем и минерализации древесины.

У плесневых грибов поверхностная часть грибницы развивается на поверхности древесины и образует на ней налет в виде скопления окрашенных спор, мицелия и органов спороношения. Под плесневым налетом древесина обычно не меняет цвета, хотя и пронизана гифами этих грибов. Отсутствие краски обусловлено тем, что находящиеся в древесине гифы бесцветны и не выделяют пигмента. На древесине обычно встречается плесень зеленоватая и белая, но иногда розовая, желтая или темная. Оптимальная влажность для развития плесневых грибов - 60-100%, при влажности 40% их рост замедляется. Плесневые грибы развиваются в температурном диапазоне 24-30°С. При температуре выше 80°С и ниже -10°С гибнут грибы, находящиеся в вегетативной стадии развития. Скорость развития плесени зависит от водопоглощения покрытия и влажности воздуха. Питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде, поэтому для нормального развития грибов окружающая среда должна содержать большой процент воды. Плесневые грибы являются возбудителями окислительного брожения. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты, такие как глюконовая, фумаровая, винная, яблочная, щавелевая, янтарная и лимонная. Эти кислоты разъедают органические материалы, т.е. древесину. Плесневение материалов сопровождается ухудшением внешнего вида древесины, снижающего сортность и стоимость пиломатериалов. Основные виды плесневых грибов: Sporotrichum, Trichoderma, Penicillium, Mucor, Thamnidiu, Cladosporium.

Рис.
A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине

Деревоокрашивающие грибы вызывают специфическую синевато-серую окраску заболони, называемую «синевой». Согласно общемировой практике, скидка за древесину пораженную синевой составляет от 20 до 50%. В России же нередко можно встретить ситуацию, когда древесину с дефектами синевы продают фактически по цене дров.

В зависимости от вида плесневого гриба, характера и условий заражения и распространения гиф грибов в древесине различают окраску поверхности и глубокую окраску.

Макроскопические признаки поражения древесины этими грибами в виде окраски обычно проявляются уже на 2-3 сутки после инфицирования. Это обусловлено тем, что молодой мицелий бесцветен и начинает выделять типичный пигмент не сразу. На поверхности древесины может развиваться воздушный мицелий и органы спороношения в виде пушистого или порошкообразного окрашенного налета. В зависимости от характера заражения и распространения в древесине гиф грибов различают поверхностную и глубокую синеву. Поверхностное окрашивание проникает в глубь древесины не более чем на 2мм. Оно часто имеет вид мелких пятен диаметром 10-20мм - округлых или овальных. Слегка вытянутая форма обусловлена более быстрым ростом грибов вдоль волокон. Ограниченное распространение грибов в глубь древесины связано с задержкой их роста в результате подсыхания древесины или действия каких-либо других неблагоприятных факторов. Реже - в результате особенностей развития самих грибов.

Глубокие окрасы проникают в древесину более чем на 2мм. Среди них различают сплошные, охватывающие всю заболонь (глубокая синева) и пятнистые, поражающие отдельные участки заболони.

Очень коварна подслойная синева, она образуется во внутренних слоях древесины, и не видна на поверхности. Обычно она возникает в том случае, если грибы прекращают своё развитие в наружных слоях древесины до появления окраски, но продолжают развиваться внутри древесины.

Глубина залегания окраски при подслойной синеве зависит от вида гриба, размера свойственной ему зоны бесцветного молодого мицелия (зоны скрытой синевы), ширина которой колеблется от 5 до 12мм.

Прокладочная синева возникает при укладке пиломатериалов на прокладку из неантисептированного сортамента или на сырые и зараженные рейки. Эти поражения ограничиваются местами соприкосновения пиломатериалов с прокладками, и в зависимости от условий и вида гриба могут быть глубокими и поверхностными. Грибы-возбудители синевы, попавшие из воздуха на поверхность свежеспиленной древесины в виде спор, при проникновении в глубь не дают окраски в течение двух и более недель (период бесцветной, скрытой синевы), а при благоприятной температуре воздуха и влажности древесины окрашивают её на третий-четвертый день.

Деревоокрашивающие грибы оптимально развиваются в диапазоне влажности 50-90%. В древесине, насыщенной водой, деревоокрашивающие грибы не способны развиваться из-за отсутствия кислорода. Для прорастания грибов этой группы необходима высокая влажность и аэрация.

Основными возбудителями синевы на хвойных породах являются грибы из класса Ascomycetes: Ophistoma coerulea, O. piceae, O. pini, Endoconidiophora sp. и из класса Deuteromycetes: Hormonema dematiodes, Trichosporium tingens, Claosporium herbarum, а так же грибы следующих групп: Stemphulium, Cladosporium, Alternaria, Sporodesmium, Phialophora, Aposhaeria, Discula, Burgoa, Leptographium, Sortaria, Verticillium, Fusarium, Aspergillius, Penicillium, Paecilomyces, Trichoderma, Chaetomium, Trichosporium, Pullularia. Эти грибы вызывают разрушения древесины по типу «умеренной гнили». Причем разные грибы, вызывая разрушения анатомически различного характера, в разной степени снижают механические свойства древесины. Глубина поражения этими грибами составляет 0,5-3мм. Особые деструктирующие гифы способны поражать стенки паренхимных клеток серцевинных лучей и смоляных ходов, что приводит к увеличению скорости водо- и влагопоглощения древесины. Вследствие чего понижается сопротивление ее к ударному изгибу.

A) Колонии
B) Под микроскопом
C) На древесине

Деревоокрашивающие грибы в различной степени способны изменять свойства древесины.

Грибы плесени и синевы портят внешний вид, снижают сортность древесины, увеличивают водопоглощение и продуцируют миллионы спор, которые могут вызвать аллергические заболевания человека.

После одномесячного воздействия грибов синевы на древесину скорость водопоглощения сосны может возрасти в 1,5 раза. При дальнейшем развитии грибов многие из них способны разрушать стенки сердцевидных лучей и вторичных слоёв клеточных стенок по типу, близкому к умеренной гнили.

Деревоокрашивающие грибы - это только начало процесса, способного привести к тотальному поражению древесины более страшными врагами - дереворазрушающими грибами, представляющими реальную опасность для деревянной конструкций.

Состругивание синевы с поверхности пиломатериалов может не обеспечить полного удаления скрытой синевы, Наиболее эффективным мероприятием по предохранению древесины от порашения синевой при воздушной сушке является антисептирование.

Дереворазрушающие грибы

Некоторые классы грибов могут разрушать клеточные стенки древесины и существенно изменять ее физико-механические свойства. Такой процесс называется гниением древесины, а вызывающие его грибы - дереворазрушающими. Гниение является основной причиной разрушения древесины.

Существует множество дереворазрушающих грибов. Они различаются между собой по форме, строению и окраске грибницы, шнуров, плодовых тел и спор, а также по скорости и силе разрушения древесины.

Наиболее сильными разрушителями являются грибы, относящиеся к классу базидиомицетов. Ксилотрофные базидиомицеты - это грибы, образующие крупные плодовые тела (карпофоры), спорообразующий слой которых называют гименофором. На поверхности древесины они помимо воздушного мицелия образуют и другие вегетативные мицелиальные структуры.

Дереворазрушающие грибы способны увлажнять древесину в процессе освоения за счет воды, образующейся при разложении целлюлозы. Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.

А) Так они портят древесину
Б) Колонии Serpula lacrimans

Характер гниения зависит от того, какими ферментами гриб воздействует на древесину, какие компоненты клеточных оболочек и в какой последовательности он разрушает.

В начале деятельности дереворазрушающих грибов внешний вид древесины не изменяется, и присутствие грибных нитей в ней можно обнаружить только под микроскопом, в тонком срезе. В дальнейшем древесина изменяет свой естественный цвет, становится желтой или красноватой, а затем бурой и коричневой. Плотность и прочность древесины постепенно снижаются, она становится лёгкой, мягкой, теряет вязкость.

Гниль такого типа называют деструктивной. Она характерна главным образом для грибов, разрушающих деревянные части построек, так называемых домовых грибов.

Домовые грибы представляют собой группу дереворазрушающих микроорганизмов, приспособившихся к условиям среды в зданиях и сооружениях. При своем развитии эти грибы образуют на поверхности древесины видимые глазом нити, которые называют грибницей. Грибница, уплотняясь, превращается в пленки, шнуры и плодовые тела, на которых образуются споры. Ярким представителям класса дереворазрушающих грибов является Coriolus sinuosus - белый домовой гриб.

Некоторые грибы, поражающие растущие деревья, вызывают гниль другого типа - коррозионную, при которой вначале появляются небольшие светлые пятна и ямки, а затем древесина расщепляется на отдельные волокна. Эта группа грибов использует в первую очередь лигнин древесины, оставляя нетронутой целлюлозу, белые пятна и выцветы которой видны на поверхности среза. К коррозионной гнили также относятся сердцевинные гнили: пестрая, ямчатая, ситовая.

При развитии умеренной (Softrot) гнили поверхностные слои древесины теряют свою структуру и превращаются в мягкую темную грязеподобную массу. После подсушивания древесины в пораженном слое наблюдается сильное усыхание и появление мелких продольных и поперечных трещин. Возбудителями умеренной гнили являются комплексы из некоторых несовершенных грибов, бактерий, водорослей.

По типу образующейся гнили вид гниения древесины можно охарактеризовать и следующим образом:

Белая гниль разрушает все структурные компоненты древесины, приводя к появлению характерного волокнообразного и бледного внешнего вида. Это основной вид гнилостных грибов, приводящих к гниению лиственных пород, не имеющих контакта с землей.

Бурая гниль «раскалывает» целлюлозу, что вызывает расщепление древесины. Участок дерева, пораженный такой гнилью, становится коричневым. Дерево темнеет, трескается и рассыпается. Гриб разрастается катастрофически быстро, особенно в постройках из мягкого дерева; древесина сосны и дуба повреждается домовым грибом меньше. Поражение такими грибами деревянных сооружений наносит существенный вред несущим конструкциям, не говоря уже об эстетических характеристиках дома.

Мягкая гниль . Гниение здесь в основном затрагивает древесину, контактирующую с почвой и находящуюся в морской среде. Сильнее всего поражает древесину с высоким содержанием влаги.

Другие агенты биоповреждений

Насекомые древоточцы

Древесину повреждают различные насекомые - жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, дровосеки, точильщики), рогохвосты, термиты, муравьи и другие. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.

Личинки насекомых проделывают в древесине ходы и отверстия - червоточины. Находясь в древесине, древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину.

Поражения насекомыми бывают настолько значительными, что части дерева теряют свою прочность. Часто при незначительном числе наружных отверстий древесина бывает полностью разрушена внутри.

Отдельной проблемой, связанной с международной торговлей древесиной, является импорт тропических сортов, уже пораженных насекомыми.

Рис.

Из вредителей наиболее опасен мебельный точильщик. Он проделывает в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 миллиметров, разрушая мебель, а также конструктивные элементы и части зданий и сооружений, превращая древесину в пылеобразную массу под сохранившимся тонким наружным слоем.

Бактерии

Бактерии разрушают древесину ограниченно, они, размножаясь делением клеток, не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Бактерии способны разрушать полисахариды и лигнин. Воздействие бактерий ограничивается заболонной древесиной, компоненты ядровой древесины устойчивы к этому воздействию.

Водоросли

Водоросли обычно выглядят как зеленые наросты, в особенности на северной стороне деревянных фасадов. Их рост является следствием слишком высокого содержания поверхностной влаги.

Сами по себе водоросли не вызывают гниения, но являются показателем повышенного содержания влаги в древесине, с чем связывается риск повреждения грибами.

Ракообразные и моллюски

Ракообразные и моллюски поражают древесину, находящуюся в морской воде. Взрослые особи и их личинки разрушают древесину вследствие механического процесса сверления и поедают ее. Ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверхности на глубину 10-30мм, затем поворачивают и идут по годичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда не пересекаются и не сливаются. Повреждения портовых сооружений и судов морскими древоточцами-моллюсками и ракообразными относят к трухлявой червоточине.

Климатические факторы разрушения

При эксплуатации в постройках древесина испытывает на себе постоянное влияние природных факторов, которые в совокупности с агентами биоразрушения приводят к ухудшению внешнего вида, старению и разрушению древесины.

Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению, накоплению влаги, увеличению риска биологического поражения древесины.

Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина приобретает сероватый оттенок и ворсистость.

Наибольший вред древесине приносит изменение влажности и солнечное излучение.

При постоянно меняющихся погодных условиях содержание влаги в древесине будет изменяться, что ведет к усушке, или разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины, она коробится, что, в свою очередь, повышает риск попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода, находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины только посредством (медленного) испарения, со временем повышается риск накопления влаги. Если содержание влаги превышает 20%, опасность поражения грибами повышается. Чем дольше период, в течение которого уровень влаги держится на отметке выше 20%, тем выше риск развития грибов. Многие виды древесины содержат цветные водорастворимые соединения, которые подвергаются выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета поверхности древесины.

Солнечный свет и тепло

Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из изучений разных длин волн, каждое из которых имеет свою особенность воздействия на древесину.

ИК-составляющая спектра, с длиной волны более 720нм, при взаимодействии с древесиной нагревает ее. Поскольку древесина является хорошим изолирующим материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами, могут образовываться трещины.

Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения смолы в древесине хвойных пород, а это ведет к проблемам при обновлении покрытий поверхности.

Видимый свет (длина волны 380-720нм) не оказывает вредного влияния на древесину.

УФ-составляющая спектра с длиной волны менее 380нм, вызывает разрушение древесины на молекулярном уровне - деструкцию лигнина. В итоге, древесина быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.

Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение первоначального цвета древесины ее необходимо защищать пленкообразующими зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ-фильтр. К таким покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР ».

Древесина, как строительный материал:

• Часть IV: Факторы разрушения древесины

К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твёрдость, жёсткость, ударная вязкость и другие.

Прочность - способность древесины сопротивляться разрушению от механических усилий, характеризующихся пределом прочности. Прочность древесины зависит от направления действия нагрузки, породы дерева, плотности, влажности, наличия пороков.

Существенное влияние на прочность древесины оказывает только связанная влага, содержащаяся в клеточных оболочках. При увеличении количества связанной влаги прочность древесины уменьшается (особенно при влажности 20-25%). Дальнейшее повышение влажности за предел гигроскопичности (30%) не оказывает влияния на показатели прочности древесины. Показатели пределов прочности можно сравнивать только при одинаковой влажности древесины. Кроме влажности на показатели механических свойств древесины оказывает влияние и продолжительность действия нагрузок.

Вертикальные статические нагрузки - это постоянные или медленно возрастающие. Динамические нагрузки, наоборот, действуют кратковременно. Нагрузку, разрушающую структуру древесины, называют разрушительной. Прочность, граничащую с разрушением, называют пределом прочности древесины, её определяют и измеряют образцами древесины. Прочность древесины измеряют в Па/см2 (кгс на 1 см2) поперечного сечения образца в месте разрушения, (Па/см2 (кг с/см2).

Сопротивление древесины определяют как вдоль волокон, так и в радиальном и тангенциальном направлении. Различают основные виды действий сил: растяжение, сжатие, изгиб, скалывание. Прочность зависит от направления действия сил, породы дерева, плотности древесины, влажности и наличия пороков. Механические свойства древесины приведены в таблицах.

Чаще всего древесина работает на сжатие, например, стойки и опоры. Сжатие вдоль волокон действует в радиальном и тангенциальном направлении (рис. 1).

Предел прочности на растяжение. Средняя величина предела прочности при растяжении вдоль волокон для всех пород составляет 1300 кгс/см2. На прочность при растяжении вдоль волокон оказывает большое влияние строение древесины. Даже небольшое отклонение от правильного расположения волокон вызывает снижение прочности.

Прочность древесины при растяжении поперёк волокон очень мала и в среднем составляет 1/20 часть от предела прочности при растяжении вдоль волокон, то есть 65 кгс/см2. Поэтому древесина почти не применяется в деталях, работающих на растяжение поперёк волокон. Прочность древесины на растяжение поперёк волокон имеет значение при разработке режимов резания и режимов сушки древесины.

Предел прочности при сжатии. Различают сжатие вдоль и поперёк волокон. При сжатии вдоль волокон деформация выражается в небольшом укорочении образца. Разрушение при сжатии начинается с продольного изгиба отдельных волокон, которое во влажных образцах из мягких и вязких пород проявляется как смятие торцов и выпучивание боков, а в сухих образцах и в твёрдой древесине вызывает сдвиг одной части образца относительно другой.

Средняя величина предела прочности при сжатии вдоль волокон для всех пород составляет 500 кгс/см2.

Прочность древесины при сжатии поперёк волокон ниже, чем вдоль волокон примерно в 8 раз. При сжатии поперёк волокон не всегда можно точно установить момент разрушения древесины и определить величину разрушающего груза.

Древесину испытывают на сжатие поперёк волокон в радиальном и тангенциальном направлениях . У лиственных пород с широкими сердцевинными лучами (дуб, бук, граб) прочность при радиальном сжатии выше в полтора раза, чем при тангенциальном; у хвойных - наоборот, прочность выше при тангенциальном сжатии.

Рис. 2. Испытание механических свойств древесины на изгиб.

Предел прочности при статическом изгибе. При изгибе, особенно при сосредоточенных нагрузках, верхние слои древесины испытывают напряжение сжатия, а нижние - растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия, ни напряжения растяжения. Эту плоскость называют нейтральной; в ней возникают максимальные касательные напряжения. Предел прочности при сжатии меньше, чем при растяжении, поэтому разрушение начинается в сжатой зоне. Видимое разрушение начинается в растянутой зоне и выражается в разрыве крайних волокон. Предел прочности древесины зависит от породы и влажности. В среднем для всех пород прочность при изгибе составляет 1000 кгс/см2, то есть в 2 раза больше предела прочности при сжатии вдоль волокон.

Прочность древесины при сдвиге. Внешние силы, вызывающие перемещение одной части детали по отношению к другой, называют сдвигом. Различают три случая сдвига: скалывание вдоль волокон, поперёк волокон и перерезание.

Прочность при скалывании вдоль волокон составляет 1/5 часть от прочности при сжатии вдоль волокон. У лиственных пород, имеющих широкие сердцевинные лучи (бук, дуб, граб), прочность на скалывание по тангенциальной плоскости на 10-30% выше, чем по радиальной.

Предел прочности при скалывании поперёк волокон примерно в два раза меньше предела прочности при скалывании вдоль волокон. Прочность древесины при перерезании поперёк волокон в четыре раза выше прочности при скалывании.

Твёрдость - это свойство древесины сопротивляться внедрению тела определённой формы. Твёрдость торцовой поверхности выше твёрдости боковой поверхности (тангенциальной и радиальной) на 30% у лиственных пород и на 40% у хвойных. По степени твёрдости все древесные породы можно разделить на три группы: 1) мягкие - торцовая твёрдость 40 МПа и менее (сосна, ель, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан); 2) твёрдые - торцовая твёрдость 40,1-80 МПа (лиственница, сибирская берёза, бук, дуб, вяз, ильм, карагач, платан, рябина, клён, лещина, орех грецкий, хурма, яблоня, ясень); 3) очень твёрдые - торцовая твёрдость более 80 МПа (акация белая, берёза железная, граб, кизил, самшит, фисташки, тис).

Твёрдость древесины имеет существенное значение при обработке её режущими инструментами: фрезеровании, пилении, лущении, а также в тех случаях, когда она подвергается истиранию при устройстве полов, лестниц перил.

Твёрдость древесины

Эбеновое дерево
Акация белая
Олива		Падук
Ярра		Афромозия
Кумару		Граб
Лапачо		Вяз гладкий
Амарант		Берёза
Орех грецкий		Тиковое дерево
Кемпас		Ирокко (камбала)
Бамбук		Вишня
Панга-панга		Ольха
Венге		Лиственница
Гуатамбу		Клён полевой
Клен остролистый		Сосна
Ясень		Сосна корейская
Мербау		Осина
Сукупира		Кумьер
Ятоба (мерил)		Груша
Свитения (махагони)		Сапелли
Дуссие		Липа
Мутения		Каштан

Порода дерева	Твердость, МПа (кгс/см 2)
	для поверхности поперечного разреза	для поверхности радиального разреза	для поверхности тангенциального разреза
Липа	19,0(190)	16,4(164)	16,4(164)
Ель	22,4(224)	18,2(182)	18,4(184)
Осина	24,7(247)	17,8(178)	18,4(184)
Сосна	27,0(270)	24,4(244)	26,2(262)
Лиственница	37,7(377)	28,0(280)	27,8(278)
Береза	39,2(392)	29,8(298)	29,8(298)
Бук	57,1 (571)	37,9(379)	40,2(402)
Дуб	62,2(622)	52,1(521)	46,3(463)
Граб	83,5(835)	61,5(615)	63,5(635)

Ударная вязкость характеризует способность древесины поглощать работу при ударе без разрушения и определяется при испытаниях на изгиб. Ударная вязкость у древесины лиственных пород в среднем в 2 раза больше, чем у древесины хвойных пород. Ударную твёрдость определяют, сбрасывая стальной шарик диаметром 25 мм с высоты 0,5 м на поверхность образца, величина которого тем больше, чем меньше твёрдость древесины.

Износостойкость - способность древесины сопротивляться износу, т.е. постепенному разрушению её поверхностных зон при трении. Испытания на износостойкость древесины показали, что износ с боковых поверхностей значительно больше, чем с поверхности торцевого разреза. С повышением плотности и твёрдости древесины износ уменьшился. У влажной древесины износ больше, чем у сухой.

Способность древесины удерживать металлические крепления: гвозди, шурупы, скобы, костыли и др. - важное её свойство. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдёргиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдёргивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон. С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдёргивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдёргивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву.

Основные технические свойства различных древесных пород

Порода дерева	Коэффициент усушки, %		Механическая прочность для древесины с 15 %-ной влажностью, МПа (кгс/см 2)
	в радиальном направлении	в тангенциальном направлении	на сжатие вдоль волокон	на изгиб	скалывание
					в радиальной плоскости	в тангециальной плоскости
Хвойные древесные породы
Сосна	0,18	0,33	43,9	79,3	6,9(68)	7,3(73)
Ель	0,14	0,24	42,3	74,4	5,3(53)	5,2(52)
Лиственница	0,22	0,40	51,1	97,3	8,3(83)	7,2(72)
Пихта	0,9	0,33	33,7	51,9	4,7(47)	5,3(53)
Твердолиственные древесные породы
Дуб	0,18	0,28	52,0	93,5	8,5(85)	10,4(104)
Ясень	0,19	0,30	51,0	115	13,8(138)	13,3(133)
Береза	0,26	0,31	44,7	99,7	8,5(85)	11(110)
Клен	0,21	0,34	54,0	109,7	8,7(87)	12,4(124)
Ильм	0,22	0,44	48,6	105,7	-	13,8(138)
Вяз	0,15	0,32	38,9	85,2	7(70)	7,7(77)
Мягколиственные древесные породы
Осина	0,2	0,32	37,4	76,6	5,7(57)	7,7(77)
Липа	0,26	0,39	39	68	7,3(73)	8(80)
Черная ольха	0,16	0,23	36,8	69,2	-	-
Черная осина	0,16	0,31	35,1	60	5,8(58)	7,4(74)

Нормативная сопротивляемость чистой древесины сосны и ели

Вид сопротивления и характеристика элементов, находящихся под нагрузкой	МПа (кгс/см 2)
Сопротивление статическому изгибу R t :
для элементов, изготовленных из круглого леса с неослабленным поперечным сечением	16(160)
для элементов с прямоугольным сечением (ширина 14 см, высота - 50 см)	15(150)
для остальных элементов	13(130)
Сопротивляемость сжатию R сж и поверхностному сжатию R п.сж :
R п.сж вдоль волокон	13(130)
в плоскости, параллельной направлению волокон R п.сж.пл	1,8(18)
Сопротивление сжатию местной поверхности R п.сж :
поперек волокон в опорных местах конструкции	2,4 (24)
в опорных зарубках	3(30)
под металлическими подкладками (если углы приложения силы 90…60°)	4(40)
Сопротивляемость растяжению вдоль волокон R раст.в :
для элементов с неослабленным поперечным сечением	10(100)
для элементов с ослабленным поперечным сечением	8(80)
Сопротивляемость раскалыванию вдоль волокон R раск.в	2,4(24)
Сопротивляемость раскалыванию поперек R раск.в волокон	1,2(12)

Средние показатели сопротивления древесины выдергиванию гвоздей

Порода древесины	Плотность, кг/м 3	Размеры гвоздей, мм
		оцинкованных		не оцинкованных
		1,2 х 25		1,6 х 25		2 х 4
		Средние показатели сопротивления в направлениях
		радиальном	тангенциальном	радиальном	тангенциальном	радиальном	тангенциальном
Лиственница

Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10-15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперёк волокон.

Способность древесины изгибаться позволяет гнуть её. Способность гнуться выше у кольцесосудистых пород - дуба, ясеня и др., а из рассеянно-сосудистых - бука; хвойные породы обладают меньшей способностью к загибу. Гнутью подвергают древесину, находящуюся в нагретом и влажном состоянии. Это увеличивает податливость древесины и позволяет вследствие образования замороженных деформаций при последующем охлаждении и сушке под нагрузкой зафиксировать новую форму детали.

Раскалывание древесины имеет практическое значение, так как некоторые сортименты её заготовляют раскалыванием (клёпка, обод, спицы, дрань). Сопротивление раскалыванию по радиальной плоскости у древесины лиственных пород меньше, чем по тангенциальной. Это объясняется влиянием сердцевинных лучей (у дуба, бука, граба). У хвойных, наоборот, раскалывание, по тангенциальной плоскости меньше, чем по радиальной.

Деформативность. При кратковременных нагрузках в древесине возникают преимущественно упругие деформации, которые после нагрузки исчезают. До определённого предела зависимость между напряжениями и деформациями близка к линейной (закон Гука). Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности - модуль упругости.

Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жёсткая древесина.

С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жёсткость её снижается. В нагруженной древесине при высыхании или охлаждении часть упругих деформаций преобразуется в «замороженные» остаточные деформации. Они исчезают при нагревании или увлажнении.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, её деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок. Механические свойства древесины, как и других полимеров, изучаются на базе общей науки реологии. Эта наука рассматривает общие законы деформирования материалов под воздействием нагрузки с учётом фактора времени.

Сосна(Pinus) . Род хвойных вечнозеленых деревьев, реже стелющихся кустарников семейства сосновых. Хвоя узкая, мягкая или игольчатая, в пучках (по 2,3,5 хвоинок), расположенных на концах укороченных побегов. Зрелые шишки обычно длиной 3-10 см. Семена орешковидные, большей частью с крылом. Корневая система мощная и глубокая. Сосны светолюбивы. Часто формируют чистые насаждения на песчаных почвах (боры).Растет дерево и на сухих кварцевых, лишенных плодородной почвы песках, и на торфянистых почвах, и даже на сфагновых болотах. Приспособленность к различным видам почвы обуславливается высокой пластичностью корневой системы, интенсивным ростом корней, способностью охватывать ими более или менее значительную часть почвенной толщи, проникать в глубокие слои почвогрунта, преодолевать неблагоприятные по своим свойствам горизонты.

При низкой концентрации питательных веществ в почве сосна способна накапливать больше органических веществ, чем ель и береза. Небольшое содержание в почве подвижных форм минеральных веществ приводит к резкому падению прироста сосны. Наличие в почве карбонатов улучшает лесорастительные условия. На солонцеватых почвах и солонцах сосна растет значительно лучше, чем другие хвойные породы.

Живут сосны, как правило, до 150-500 лет, но среди них есть и долгожители(например, североамериканская сосна долговечная и живет до 5000 лет, являясь наиболее долгоживущей древесной породой мира).

Сосна обыкновенная всегда была и остается для человека наиболее верным и заботливым его спутником. Нас восхищает быстрый рост дерева, его морозоустойчивость, высота до 50 м, хорошо очищенный ствол.

Благодаря своеобразной золотисто-коричневой окраске ствола и вечнозеленой хвое сосна широко используется при создании парков и лесопарков.

Род включает в себя более 100 видов. Распространена сосна в Европе и Азии - от Пиренеев на западе до Охотского моря на востоке и от Кольского полуострова на севере до берегов Средиземного и Черного морей на юге. В России выделяют 8 видов, из которых наибольшие площади заняты двухвойной сосной обыкновенной (Pinus silvestris) - ареал от Кольского полуострова и Белого моря до берегов Тихого океана, и пятихвойной (кедровой) сосной сибирской, дающей съедобные семена, называемые кедровыми орехами. Ареал последней охватывает районы севера-востока Европейской части России, Урала и Сибири. В группу кедровых сосен входят также Сосна корейская, или маньчжурская, произрастающая в нашей стране в Хабаровском и Приморском краях, и Кедровый стланик(стелющийся кустарник высотой 40-50 см, с длиной ствола 1.5-2.5 м), образующий густые заросли в Сибири (от Забайкалья), на побережье Охотского моря, Камчатке, Сахалине и Курильских островах.

Сосна - ценная лесообразующая порода. В России леса, в насаждениях которых преобладают двухвойные сосны(например, обыкновенная, меловая, крючковатая), принято называть сосновыми, или сосняками, а с преобладанием пятихвойных кедровых сосен - кедровыми, или кедровниками, или кедрачами.

Среди раскинувшегося зеленого океана сосны обыкновенной появляются также интересные видовые и формовые ее отклонения, с которыми время от времени встречаются российские и зарубежные лесоводы.

Подвиды сосны

В пределах своего современного ареала обитания сосна обыкновенная отличается большой изменчивостью основных признаков. Выделяют 5 подвидов, или географических рас, сосны обыкновенной.

Сосна обыкновенная лесная - произрастает в европейской части нашей страны. К возрасту спелости достигает высоты 40м и диаметра на высоте груди 1-1.5 м. В молодости крона конусовидная, а в более зрелом возрасте приобретает шаровидную форму. Различают широко- и узкокронные формы. Побеги светло-коричневые или желтые, ветви и ствол покрыты коричнево-красной отслаивающейся коркой. Хвоя длиной 4-6 см, сохраняется на дереве 2-3 года, иногда 4-5 лет.

Облик сосны обыкновенной лесной, произрастающей в различных условиях местообитания, послужил основанием для выделения двух почвенных экотипов рассматриваемого подвида: сосны меловой и сосны болотной. Сосна меловая растет на меловых обнажениях на юге европейской части России. Крона широкая, часто начинается у поверхности почвы. У старых экземпляров крона зонтикообразная. Хвоя укороченная, широкая и более утолщенная. Длина шишек 2.5-3 см, цвет их серый.

Сосна болотная имеет ряд отличий от сосен, произрастающих на дренированных почвах. Эти отличия проявляются главным образом во внешнем виде, анатомические различия значительно меньше. Характеризуются небольшой высотой (не более 10-15М), хвоя короткая, шишки мелкие.

Сосна крючковатая . Произрастает в Крыму и на Кавказе. Достигает высоты 20-25 м высоты и диаметра 1м. В нижней части ствола наблюдаются неправильные утолщения. Крона сильно варьируется от узкой до широкой, имеет пирамидальную, овальную или зонтикообразную форму. Хвоя прямая или слабо согнутая, жесткая, острая, серо-зеленая, до 7 см длиной. Шишки желтого цвета; щитки выпуклые, от верхнего края сразу круто поднимаются и искривляются вниз в виде тупого крючка; семена бурые. У сосны крючковатой выделены два климатических экотипа, приуроченных к разным высотным поясам.

Сосна лапландская . Чаще встречается в Сибири. Деревья достигают высоты 20 м и диаметра 22 см. Крона узкая, ветви в нижней части ее сохраняются много лет. Хвоя серо-зеленая, короткая(3.5мм), толстая и широкая, держится на дереве до 8 лет. Шишки короткие - 3-4 см, соломенно-желтого или коричневато-желтого цвета.

Сосна сибирская . Произрастает в Азии. Этот подвид мало отличается по энергии роста и таксационным показателям от подвида сосны обыкновенной, лесной, но в то же время имеет ряд характерных, отличающихся от него признаков.

Корка на стволе внизу толстая, темно-бурого цвета, покрывает ствол на 2/3 его высоты, далее светло-желтая. Встречаются как узко-, так и ширококронные формы. Хвоя живет более 5 лет, длина ее 4-6 см, редко достигает 10 см. Шишки длиной 5см. Сосна степная. Произрастает в Сибири в изолированных борах, а также на южных остепненных склонах Забайкалья, достигая высоты 20-25.м и свыше 1м в диаметре. Корка до 2/3 ствола по высоте, толстая, темно-серого цвета, выше- светло-коричневого. На старых деревьях темноокрашенная корка обычно отпадает и весь ствол имеет светло-коричневый цвет. Хвоя длинная, иногда до 11 см, опадает через 6-7 лет. Шишки крупные, нередко достигают 7см. По окраске шишек выделяют две формы: светло-серую и темно-коричневую.

Подвиды сосны имеют несколько форм или экотипов

Сосна воротничковая. Изучая разнообразие форм сосны обыкновенной, профессор Б.В. Гроздов обнаружил в Брянской области оригинальную кольчатую форму сосны и назвал ее воротничковой. Дерево росло в старом сосновом насаждении, ствол его был с грубыми трещинами и имел с освещенной стороны, в местах, заросших мутовчато расположенных сучьев, как бы козырьки из отслоившихся пластин коры; козырьки поднимались по стволу на высоту до 6 метров.

О такой же сосне в одном из германских лесничеств сообщил в 1927 году Вальтер Зайтц; он отнес ее к чешуйчатой форме. Сосна была 200-летнего возраста, с двенадцатью козырьками из узких чешуй коры и тоже на месте заросших мутовок с освещенной части ствола. В 1955 году подобные сосны были найдены в лесах Польши.

Наблюдения показали, что изменение коры на месте заросших мутовок характерно для старшего возраста деревьев. Кора сначала полностью закрывает неровности мутовок, а потом трескается, и ее слои, поднимаясь, принимают наклонную форму, чему способствует обилие солнечного света и сухой воздух. Воротничковая сосна как раз и встречается в таких местах. С теневой стороны на стволе у всех встреченных сосен козырьков не было; кора у таких сосен отслаивалась "табличками".

Наиболее часто деревья встречаются в сосново-дубовых насаждениях, дубово-буковых с грабом, и буковых с примесью сосны обыкновенной и граба. Попадаются сосны в возрасте 115-125 лет.

Семилетние наблюдения на площади около 10 гектаров были неожиданными. Оказывается, число стволов с воротничками и число воротничков на каждом учтенном стволе ежегодно менялось: в первый год было 56 сосен с воротничками, через 3 года - 92, по прошествии еще 2 лет - 120, а в последний год - 156. Интересно также, что в первый год наблюдений преобладали деревья с четырьмя воротничками(максимально - десятью), а в последний - с семью (максимально - с 16-19 воротничками). Значит, новые воротнички, должно быть, появляются на спелых и перестойных соснах. Подмечена у воротничковых сосен (особенно в Львовской области) и еще одна оригинальная особенность: можно встретить деревья не только с полукольцами, но и с полными кольцами, причем количество последних возрастает с увеличением общего числа воротничков на стволах.

Воротничковые сосны имеют кору с глубокими трещинами и лишь немногие стволы - тонкую. Привлекают внимание хорошо развитая крона и стройность деревьев: малосбежистость и очищенность стволов от сучьев. Сосны обильно плодоносят и дают семена большой всхожести. Все это говорит о высоких лесохозяйственных свойствах редкого, достопримечательного дерева и о необходимости более глубокого изучения его и использования в лесопарковом строительстве.

Сосна меловая . На Среднерусской возвышенности и Донецком кряже есть каменистые меловые склоны. Они, казалось бы, совершенно неподходящи для жизни деревьев. И тем не менее растения сумели поселиться здесь и даже сохраниться до сих пор. Это - сосны меловые.

Высокое дерево, до 30 м в высоту, имеет широкую крону, довольно часто опускающуюся по стволу донизу; с возрастом она превращается в зонтикообразную. Жизнестойкости сосны меловой способствует корневая система: якорные корни проходят тяжелый грунт без ответвлений, а на концах образуют массу тонких, толщиной с волос, корешков, наподобие войлока оплетающих меловые глыбы. Интересно, что на глубине до 1.5 метров эти глыбы с поверхности влажные; на самом же войлоке видны мельчайшие капельки воды.

Хвоя у сосны меловой несколько короче, шире и толще, чем у сосны обыкновенной. Шишки длиною до 3 см, уменьшенные размеры их ученые объясняют бедностью почв.

Сосну меловую не выделяют в особый вид, поскольку в анатомическом строении древесины и хвои различий нет; ученые видят в ней лишь разновидность сосны обыкновенной. По мнению большинства, сосна меловая - реликт. Ее особенность произрастать по существу на голом мелу исторически сложилась давно и является наследственной. Для нормального роста и развития деревьев требуется высокая концентрация щелочных веществ. Особенности сосны меловой имеют, конечно, не только научную, но и практическую ценность, поскольку представляется возможность использовать эти деревья повсюду, где есть меловые склоны.

Исследования посадок в Белгородской области на голых мелах показали, что там могут расти лишь сосна меловая и сосна крымская, другие же породы гибнут или приобретают карликовые формы.

Лесоводы преодолевают некоторые трудности при создании насаждений из сосны меловой: сложен, например, сбор семян на крутых склонах, а в то же время небольшие островки сохранившихся естественных насаждений пока не могут удовлетворить потребности в семенном материале. Сейчас приняты меры к усилению охраны очагов редкой сосны - ценнейшего резерва семенного фонда - и к созданию в местах ее произрастания заповедного режима.

Сосна могильная , или сосна погребальная . Она часто высаживалась на кладбищах Кореи. У нас на Дальнем Востоке в настоящее время она распространена небольшими участками или группами, значительно удаленными друг от друга, в юго-западной части Приморского края, а также в Гиринской и Мукденской провинциях Северо-Восточного Китая. Из ее древесины в былое время строили даже дома.

Дерево резко отличается от других родственных ему пород внешним обликом и способностью произрастать в засушливых местах и на солнцепеках. Широкие зонтикообразные темно-зеленые кроны и желтовато-оранжевые стволы сосен резко выделяются на фоне лиственных деревьев. Селится сосна на гранитных обнажениях и скалах, на крутых южных склонах и гребнях хребтов, подверженных ветрам, на обедненных гумусом почвах, содержащих большое количество щебня, а также на песчаных береговых отложениях.

По мнению ученых, сосна могильная - быстрорастущая ценная порода, представляющая большой интерес для лесоводства, для укрепления почв, их защиты и водоохраны.

В одной из дальневосточных сосновых рощ 100-летнего возраста при крайне неблагоприятных условиях (чрезмерная сухость, каменистость почвы, частые пожары) сосна достигла в высоту 12 м и имела диаметр на высоте груди более 40 см. В несколько более благоприятных условиях деревья встречаются значительно крупнее и достигают возраста спелости к 90 годам.

Об особенностях сосны могильной и ее насаждениях академик В.Л.Комаров сказал: "Это совершенно своеобразный тип растительности, явно отличающийся от всех остальных...не лесное дерево, а выросшее на свету".

По совокупности признаков (ограниченность ареала, стабильные экологические особенности и другие) сосна могильная более древний вид по сравнению с сосной обыкновенной. Последняя, как более молодой, прогрессирующий вид, быстро распространилась и стала одной из сосновых лесообразующих пород на большей территории Евразии. Сосна же могильная сократила до минимума свой ареал из-за изменения климатических условий (прежде всего из-за влажности), а позже - под влиянием деятельности человека. Поэтому сосняки в Приморском крае признаны реликтовыми.

Сосна пирамидальная . Несколько лет назад появилась интересная информация: в Северном Казахстане ученым обнаружена своеобразная сосна. Она имела узкоконусную пирамидальную крону, а тонкие ветви на всем протяжении отходили от ствола строго под острым углом. Своим видом сосна, естественно, отличалась от растущих рядом своих родственниц - от сосны обыкновенной. Дерево обладало довольно хорошим ростом: в 60 лет набрало высоту 22.5 м и диаметр 30 см на высоте груди.

Дальнейшие исследования и наблюдения показали, что признак пирамидальности сохранился и у потомства: выращенные из семян сосны и посаженные в грунт сеянцы(двухлетки) к 5-6 годам жизни имели тоже пирамидальную крону. Наблюдения продолжаются до сих пор.

Вредители и болезни

Отрицательную роль в жизни сосновых лесов играют вредные насекомые, грибные и другие болезни, некоторые виды диких животных. В молодняках сосны обитает много насекомых, которые повреждают разные части растений. На легких супесчаных, суглинистых почвах большой вред наносят насекомые, личинки которых повреждают корни сосенок. Особенно большой вред наносит майский восточный хрущ. Лет этих жуков начинается в конце апреля-мае и продолжается около месяца. Самки откладывают яйца в почву на глубину 10-40 см. Вышедшие из яиц личинки сначала питаются тонкими корнями. По мере роста они переходят на более толстые корни. Личинки растут в течение в течение 3-4 лет. В летнее время личинки находятся в верхних горизонтах почвы, ближе к осени углубляются до 70-120 см, где и зимуют.

Сосновые молодняки часто повреждаются побеговьюнами, - летним, зимующим, почковым и смолевщиком.

Побеговьюнами принято называть бабочек-листоверток, гусеницы которых повреждают почки и побеги сосен, в результате возникает многовершинность стволов, что ухудшает рост, качество и производительность насаждений.

Ощутимый вред наносит сосне большой сосновый долгоносик. Особенно часто он появляется на сплошных вырубках в борах брусничных и черничных.

Молодые сосны, произрастающие на сухих почвах, часто страдают от соснового подкорного клеща. Опасны также многочисленные хвоегрызущие насекомые, которые питаются хвоей в фазе личинки (гусеницы). В результате потери хвои древостои целиком или частично усыхают, являясь одновременно объектом для размножения в них стволовых вредителей. Наиболее опасным вредителем чистых сосновых лесов считается сосновый шелкопряд.

Не менее серьезные хвоегрызущие вредители сосновых насаждений: сосновая совка, пилильщики, сибирский шелкопряд, шелкопряд-монашенка, сосновая пяденица, звездчатый ткач. Защита сосновых лесов от повреждений хвоегрызущими вредителями обеспечивается комплексом профилактических и истребительных мер борьбы.

Стволы и ветви сосны повреждаются большим количеством насекомых, так называемых стволовых вредителей. К ним относятся короеды, усачи, златки и др. Стволовые вредители, как правило, поселяются на деревьях, физиологически ослабленных воздействием неблагоприятных факторов: засухой, пастьбой скота, повреждением хвоегрызущими насекомыми. Размножаясь на ослабленных деревьях, эти вредители переходят и на жизнеспособные деревья. Большинство поселяется также на свежесрубленных деревьях и заготовленной древесине.

Древесина, источенная ходами стволовых вредителей, теряет свои технические свойства.

Лесозащитные меры борьбы со стволовыми вредителями направлены главным образом на устранение причин, ослабляющих жизнедеятельность насаждений.

Сосновые леса часто страдают от болезней, вызываемых грибами, бактериями, вирусами. В лесных питомниках одно- и двулетние сеянцы и молодняки повреждаются грибом - обыкновенным шютте. Первые внешние признаки болезни появляются на хвое в виде пятен соломенно-желтого цвета, позже хвоя краснее и опадает, что приводит к гибели растения. Для защиты от болезней шютте следует проводить профилактические мероприятия, включающие агротехнические и химические меры борьбы.

Другие виды грибов, способные нанести ущерб сосне: смоляной рак, сосновая губка, корневая губка. Корни сосны часто поражаются опенком.

Из животного мира большой вред наносят лоси. Они не только скусывают побеги и обгладывают кору, но ломают и вытаптывают молодняки, а также являются косвенной причиной распространения стволовых вредителей и грибных заболеваний.

Сосновые леса страдают от снеголома и снеговала.

Значение и применение сосны

Сосновые леса имеют водоохранное, почвозащитное, санитарно-гигиеническое значение и по праву считаются национальным богатством России.

Сосна дает смолистую прочную древесину, издавна используется в строительстве, корабельном деле, для изготовления столбов, шпал, при производстве музыкальных инструментов, мебели. При подсочке(надрезе) деревьев получают живицу. Из пней, оставшихся после рубки сосны, заготавливают пневый осмол - ценное сырье для получения смолистых веществ для лесохимической промышленности. Побеги, сосновые почки, хвоя содержат значительные количества витамина С, эфирное масло и многие другие полезные вещества. Из хвои получают витаминный концентрат.

В годы Великой Отечественной войны хвойный настой спасал жизнь многим защитникам блокадного Ленинграда, так как городу угрожал не только голод, но и цинга - болезнь, связанная с недостатком витамина С в организме.

Сосновые почки (в виде отвара) обладают отхаркивающим, мочегонным, дезинфицирующим действием.

Со времен Ивана Грозного Россия была крупным поставщиком кедровых орехов в Персию, Китай и другие страны.

Выделяя огромное количество летучих соединений - фитонцидов, обладающих противомикробным действием, сосновые леса оздоравливают воздух, создавая специфический микроклимат. Поэтому в них нередко размещаются санатории и дома отдыха.

За красоту и величие, многообразную пользу в народном хозяйстве сосна сибирская введена в культуру. Она украшает парки Москвы, Санкт-Петербурга и других городов. Под Ярославлем сохранилась Толгская кедровая роща, посаженная в 16 веке. Лесоводами выведены скороспелые крупношишечные высокоурожайные формы сосны сибирской. Для их разведения создаются плантации, с одного гектара которых получают от 600кг до 2т орехов.

Жители Европы создали свои легенды и сказания о сосне, как о дереве светлом, праздничном и могучем.

ка, гонт, дранка и пр.) и как отрицательное при забивке гвоздей, костылей, скоб, ввинчивании шурупов.

Удельные характеристики механических свойств. Для сравни­тельной оценки качества древесины используют показатели ее механических свойств (пределы прочности, модуль упругости, ударную вязкость, твердость), отнесенные к единице плотности Удельная прочность при сжатии и статическом изгибе у хвойных пород оказывается выше, чем у лиственных.

Значительно выше у хвойных пород и удельная жесткость (осо­бенно у древесины ели и пихты). По остальным свойствам удель­ные характеристики у древесины лиственных пород выше, чем у хвойных.

Удельные характеристики древесины имеют особое значение, когда от изделия или конструкции требуется высокая прочность и жесткость (зависит от модуля упругости) при малом весе. Это важно для транспортного машиностроения, авиастроения, судостроения, строительства и т.д., при отборе древесины для производства му-] зыкальных инструментов и в других случаях.

По удельной прочности древесина вполне конкурентоспособ­на с другими современными материалами, а по удельной жестко­сти (вдоль волокон) во много раз превосходит полимеры. Так,] например, удельная прочность при растяжении древесины сосны равна 206 кПа-м 3 /кг, дюралюминия 150... 175 кПа-м 3 /кг, стекло­пластика 263 кПа-м 3 /кг. Удельная жесткость древесины сосны (вдоль волокон) 24,6 МПа-м 3 /кг, полиакрилатов 3,3 МПа-м 3 /кг, капрона 1,3 МПа-м 3 /кг.

Контрольные вопросы

Какие особенности отличают механические испытания древесины; от испытаний других материалов?

Назовите соотношения между пределами прочности на растяже­ ние, сжатие и статический изгиб древесины.

Какой показатель определяют при испытании древесины на сжатие поперек волокон?

Какой вид излома характерен для прочной древесины?

Под действием каких напряжений происходит разрушение древеси­ ны при скалывании?

Назовите причины образования «замороженных» остаточных де­ формаций.

Как влияет длительность нагружения на пределы прочности древе­ сины?

В чем состоит отличие испытаний на ударную вязкость от испыта­ ний на прочность древесины?

На какие группы делятся породы по твердости древесины?

10. Назовите причины, удерживающие гвозди и другие крепления в, древесине.

Глава 5 изменчивость и взаимосвязи свойств древесины

5.1. Изменчивость свойств

Свойства древесины, как уже отмечалось, существенно зави­сят от породы. Однако и в пределах одной породы наблюдается изменчивость свойств, обусловленная возрастными изменениями дерева, влиянием окружающей среды и наследственными факто­рами. Особенности строения древесины отражаются на ее плотно­сти. Чем толще клеточные стенки, длиннее волокна и больше со­держание поздней древесины в годичных слоях, тем выше плот­ность древесины в целом.

Плотность, в свою очередь, тесно связана с большинством физических и механических свойств древесины. Поэтому, рассмат­ривая закономерности изменения плотности, можно получить представление об изменчивости и других свойств.

Изменчивость свойств древесины в отдельном дереве. По р а-диусу ствола плотность периодически меняется, что особен­но заметно у хвойных и кольцесосудистых лиственных пород. На­пример, у сосны плотность поздних зон в 2...3 раза выше, чем ранних. По мере удаления от сердцевины по радиусу ствола плот­ность ранних зон сначала несколько снижается, затем сохраняется постоянной и лишь у самой коры возрастает. Плотность поздних зон постепенно повышается в направлении от сердцевины к коре.

При объединении результатов испытаний образцов, взятых на разных уровнях ствола, было установлено , что у хвойных по­род в возрасте спелости (сосна, кедр, лиственница) плотность древесины вначале возрастает по направлению от сердцевины к коре, достигает максимума примерно на 2/3 радиуса, после чего вновь начинает снижаться. В стволах кольцесосудистых листвен­ных пород (дуб, ясень) плотность древесины снижается, а в ство­лах рассеянно-сосудистых повышается в указанном направлении. У дальневосточных хвойных и лиственных пород, по данным ВИАМа, изменение плотности такое: от сердцевины к коре она сначала возрастает, достигает максимума, а затем вновь уменьша­ется.

Исследования ИЛД сибирских пород показали, что плотность У сосны непрерывно увеличивается от сердцевины к коре; у ли­ственницы максимальное значение плотности наблюдается на половине радиуса, а у ели там отмечается минимальное значение плотности. У березы плотность по направлению от сердцевины к коре повышается, а у сосны снижается. Для сосны, ели, березы и осины, произрастающих на северо-западе европейской части стра­ны, получены общие закономерности , свидетельствующие об

Рис. 5.1. Изменение плотности древесины по радиусу ствола сосны

и березы :

а - вершинная часть ствола; б - средняя; в - комлевая

увеличении плотности по мере удаления от сердцевины (рис. 5.1). Исключение составила лишь древесина осины, у которой в вер­шинной части ствола была обнаружена обратная зависимость.

У хвойных пород, особенно у сосны, выделяется примыка­ющая к сердцевине зона так называемой ювенильной (не­зрелой) древесины. Формирование ювенильной древесины про­исходит в первые 5... 20 лет жизни дерева. У ювенильной древеси­ны тоньше клеточные стенки, короче волокна, меньше клеток в поздних зонах годичных слоев. Эта древесина отличается от зрелой меньшим содержанием целлюлозы, меньшей плотностью на сжа­тие вдоль волокон, большой продольной усушкой и другими особенностями.

По высоте ствола также наблюдается изменение плотно­сти. По данным ИЛД для сибирских пород, у сосны, лиственни­цы, березы и осины плотность уменьшается по высоте ствола, а у ели она увеличивается. Отмечается большая изменчивость плот­ности по высоте ствола, чем по радиусу.

Зависимости, которые показаны на рис. 5.2, дают представление об изменении базисной плотности (р б) древесных пород, произра­стающих в северо-западных районах европейской части страны.

Общность характера изменения плотности у ели и осины объяс­няется тем, что деревья этих пород (в отличие от сосны и березы) имеют низкоопущенную крону.

Рис. 5.2. Изменение плотности дре­весины по высоте ствола :

/ - ель; 2 - сосна; 3 - береза; 4 - осина

Следует иметь в виду, что распределение плотности р^/ в расту­щем дереве иное.

Изменчивость свойств древесины в пределах породы. Влияние возраста сказывается в повышении плотности древесины у наи­более старых деревьев. В разновозрастных насаждениях изменчи­вость плотности больше, чем в одновозрастных. У хвойных пород для деревьев одного возраста наблюдается обратная связь между диаметром ствола и плотностью древесины. Последняя зависит от формы ствола. У сосны, ели, березы с увеличением сбежистости ствола средняя плотность уменьшается.

О влиянии положения дерева в древостое нет еди­ного мнения. В ряде работ отмечается, что наиболее плотная древе­сина наблюдается у мелких, угнетенных деревьев, однако в других работах было обнаружено, что такого качества древесина наблюда­ется у средних деревьев хвойных пород. Среди лиственных пород плотность древесины у наиболее крупных, господствующих дере­вьев выше, чем у отставших в росте. С увеличением густоты насаж­дения средняя плотность древесины хвойных пород увеличивается.

Широкий комплекс факторов, характеризующих влияние внеш­ней среды, входит в понятие условия произрастания. Эти условия включают качество и состояние почвы, климатические особенности, тип леса, высоту над уровнем моря, географиче­ское положение древостоя и др. У хвойных пород при худших ус­ловиях произрастания образуется более плотная древесина. Для лиственных пород (береза, осина) на северо-западе европейской части страны наблюдается тенденция к увеличению плотности с улучшением почвенных условий.

Географическое положение насаждения обуслов­ливает различия почвенных условий, количества осадков, про­должительности сезона вегетации, что, в свою очередь, влияет на плотность древесины. Многочисленные данные о плотности дре­весины из разных районов произрастания сосредоточены в табли­цах ГСССД 69-84 и ГСССД-Р-237-87 .

Л бесхозяйственные мероприятия (рубки ухода, осу­шение, удобрения и т.д.) также оказывают влияние на плотность

древесины. По данным Института леса КНЦ РАН и ряда других организаций, при внесении удобрений в почву происходит уве­личение прироста древесины, но снижается плотность древесины (для сосны примерно на 15%). Другие лесохозяйственные мероп­риятия, направленные на получение максимального прироста, также вызывают некоторое снижение плотности древесины.

Влияние времени рубки на плотность и другие физико-меха­нические свойства древесины экспериментально не было обнару­жено. Необходимо иметь в виду, что древесина, срубленная в те­чение вегетационного периода, имеет тенденцию к снижению стойкости против гниения.

Окорение на корню и подсочка не оказывают существенного влияния на плотность.