Деревянные конструкции

Органическая часть любой древесины содержит примерно постоянное количество углерода (49,5–51 %), водорода (6,1–6,3 %), азота (0,1 %) и кислорода (почти 44 %). Минеральная часть древесины (зола) составляет 0,3–1 % (а иногда и больше) ее массы. В нерастворимой в воде части золы преобладают соединения кальция (углекислый кальций), а в растворимой – соединения калия (углекислый калий, или поташ). Постоянством элементного состава объясняются одинаковая теплотворная способность единицы массы древесины разных пород. В то же время из одних и тех же исходных веществ в растущих деревьях различных пород образуется неодинаковое количество конечных соединений, входящих в состав клеточной стенки древесины. Поэтому химические свойства древесины различных пород неодинаковы.

Основными составными частями древесины любой породы являются целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин.

Целлюлоза– полисахарид регулярного строения, макромолекулы которого состоят из звеньев β-D-глюкопиранозы, соединенных глюкозидными связями.

Гемицеллюлозы – нецеллюлозные полисахариды клеточных стенок, условно подразделяемые на пентозаны и гексозаны. В пентозанах главная цепь макромолекул состоит преимущественно из звеньев пентоз, а в гексозанах – из звеньев гексоз.

Лигнинпредставляет собой комплекс ароматических нерегулярных полимеров, построенных из фенилпропановых звеньев.

В древесине содержатся также смолы и терпены, жиры, камеди, дубильные, красящие и некоторые другие вещества.

В настоящее время нет еще полной ясности в вопросе о характеристике связей между основными составными частями древесины, и прежде всего целлюлозы и лигнина. Некоторые ученые считают, что лигнин, неравномерно распределенный в клеточной стенке, смешан с целлюлозой чисто механически; в то же время есть данные, показывающие химическую связь между основными составными частями древесины.

В таблице 5.34 приведен средний химический состав (в процентах) древесины различных пород, произрастающих в Беларуси.

Из таблицы видно, что целлюлоза (клетчатка) составляет около половины массы древесины, лигнин – одну пятую (или немного больше) в лиственных породах и около четверти – в хвойных и, наконец, пентозаны – одну десятую – в хвойных и четверть – в лиственных.

Главное отличие лиственных пород от хвойных по составу заключается в нескольких меньшем содержании целлюлозы и лигнина (а также гексозанов) и в значительно большем содержании пентозанов.

Содержание основных составных частей древесины в деревьях одной и той же породы и в различных частях одного и того же дерева изменяются очень незначительно; содержание других составных частей иногда резко колеблется. Так, в древесине лиственницы содержится от 6 до 25 % веществ, растворимых в воде (лиственничная камедь, представляющая собой полисахарид арабогалактан).

Таблица 5.34 – Средний химический состав древесины

В процентах
Порода	Вещества, растворимые в горячей воде	Смолы и жиры	Целлюлоза	Лигнин	Пентозаны
Сосна	4,8	5,4	51,6	25,1	9,7
Ель	3,2	1,9	55,2	27,0	11,2
Пихта	3,0	2,8	50,7	29,3	7,9
Лиственница	12,8	2,4	51,6	24,3	10,3
Береза	2,2	1,2	50,3	19,5	26,4
Осина	3,0	1,5	44,9	22,6	22,7
Бук	1,4	0,9	49,6	21,8	25,6
Клен	1,4	1,6	48,0	93,1	25,0

 

Обычно содержание камеди тем выше, чем больше возраст дерева: в древостоях до 200-летнего возраста – в среднем 10–12 %, 250–300-летнего возраста – 14 % и более. Содержание смолистых веществ в сосновой древесине изменяются от 2 до 8 %. Сильно колеблется содержание дубильных веществ, или таннидов (являющихся в химическом отношении производными многоатомных фенолов – пирогаллола, пирокатехина и флороглюцина): в древесине дуба – 3–9 %, в коре дуба и ивы – 8–14, ели – 7–12, лиственницы – 8–16 %.

Разрушение деревянных конструкцийпроисходит из-за химической коррозии: разложение – под действием кислот целлюлозы древесины, а под действием щелочей – растворение основного цементирующего вещества древесины – лигнина и частично целлюлозы.

В условиях слабокоррозионных сред древесина устойчива. Деревянные конструкции стойки к действию растворов аммиака, гидроксидов каль-ция, бария и растворов нейтральных солей любой концентрации. Хвойные породы древесины благодаря содержанию смол обладают большей химической стойкостью, чем лиственные породы.