Drewno (technika)

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Ten artykuł dotyczy drewna jako surowca. Zobacz też: inne znaczenia tej nazwy.

Pień drzewa w parku narodowym "De Veluwe" w Holandii

Drewno – surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory.

Drewno należy do najstarszych materiałów używanych przez człowieka. W Polsce, w grodzie Biskupin wszystkie domy, urządzenia obronne i wiele przedmiotów wyposażenia i codziennego użytku było wykonane z drewna. Przez tysiąclecia budowano z drewna ściany, stropy i dachy. Drewna używano do wykonania narzędzi, naczyń a także do ogrzewania i oświetlania pomieszczeń (łuczywo).

Obecnie drewno znajduje zastosowanie jako materiał na podłogi, boazerie, do wykonania więźb dachowych, ogrodzeń i pergoli, mebli i zabawek. W Ameryce Północnej (USA i Kanada), drewno jest ciągle ważnym materiałem budowlanym i używa się go do budowy większości niskich zabudowań mieszkalnych. Odpady powstałe przy produkcji różnych sortymentów drewna są wykorzystywane do produkcji płyt pilśniowych, wiórowych, OSB, sklejki, itd., które także są materiałem do wykonywania wielu przedmiotów codziennego użytku.

Drewna używa się też jako obudowy

[edytuj] Wady i zalety drewna

Drewno jest materiałem niejednorodnym pod względem budowy. Posiada liczne wady, anomalie, uszkodzenia lub inne wrodzone i nabyte cechy, które obniżają jego wartość techniczną i ograniczają zakres użyteczności. Z punktu widzenia przerobu surowca drzewnego, drewno powinno mieć kształt walca, równomierną słoistość, przebieg włókien równoległy do podłużnej osi, oraz nie powinno mieć sęków (gałęzi).
Polska norma (PN-79/D-01011, "wady drewna") wyróżnia następujące grupy wad:

W porównaniu do wielu innych materiałów drewno cechuje szereg wad związanych z jego biologicznycm pochodzeniem. Materiały i produkty drzewne bez odpowiedniego zabezpieczenia łatwo ulegają deprecjacji pod wpływem wody, owadów i grzybów. Zmienne warunki wilgotności prowadzą często do paczenia się i pękania drewna. Owady i grzyby obniżają mechaniczną wytrzymałość drewna.

Zalety:

łatwe w obróbce (gatunki miękkie)
izoluje termicznie i elektrycznie
materiał ekologiczny
odporne na działanie wielu czynników chemicznych

[edytuj] Skład chemiczny drewna

Podstawowymi pierwiastkami wchodzącymi w skład drewna są: węgiel (49,5%), tlen (43,8%), wodór (6,0%), azot (0,2%) i inne. Główne związki tworzące drewno to: celuloza, hemiceluloza i lignina. Ponadto w drewnie występują też: cukier, białko, skrobia, garbniki, olejki eteryczne, guma oraz substancje mineralne, które po spaleniu dają popiół. Skład chemiczny zależy od rodzaju drzewa, klimatu, gleby itp.

[edytuj] Właściwości fizyczne drewna

Barwa drewna krajowego nie odznacza się tak dużą intensywnością, jak niektórych gatunków egzotycznych (mahoń, palisander). Drewno z drzew krajowych ma barwę od jasnożółtej do brązowej.
Rysunek drewna – różni się w zależności od przekroju, barwy drewna, wielkości przyrostów, sęków itp.
Połysk – związany jest z twardością drewna i gładkością powierzchni. Połysk najbardziej jest widoczny w przekroju promieniowym.
Gęstość pozorna drewna – zależy od jego wilgotności, rodzaju drzewa z którego jest otrzymane. Przy wilgotności 15% waha się przykładowo od 470 – 480 kg/m³ dla świerku do 810-830 kg/m³ dla grabu. (Wartości przykładowe dla innych gatunków: sosna 540-550 kg/m³, dąb 700-710 kg/m³, buk 720-730 kg/m³, jesion 740-750 kg/m³).
Higroskopijność – to skłonność materiału do wchłaniania wilgoci z powietrza. Drewno zawsze wchłania wilgoć lub oddaje ją do pomieszczenia tak długo, aż osiągnie stan równowagi pomiędzy własną wilgotnością a wilgotnością otoczenia. Drewno stosowane w miejscach o dużej wilgotności powinno być zabezpieczone przed jej wchłanianiem.
Przewodność cieplna – drewno źle przewodzi ciepło, zatem jest dobrym izolatorem. Oczywiście współczynniki przewodności cieplnej zależą od rodzaju drzewa i stopnia wilgotności drewna.
Skurcz i pęcznienie – drewno wilgotne podczas suszenia zawsze kurczy się, podczas nasiąkania wodą pęcznieje. Podczas skurczu drewno pęka i paczy się. Dlatego konstrukcje drewniane (więźby, ramy okienne, listwy boazeryjne itp.) powinny być przygotowywane z drewna już wysuszonego, do takiej wilgotności, w jakiej będzie ono użytkowane. Najczęściej używa się do wykonania elementów konstrukcyjnych drewna w stanie powietrzno-suchym.
Wilgotność – zależy od warunków w jakich drewno się znajduje i ma znaczny wpływ na pozostałe właściwości drewna. Bezpośrednio po ścięciu wilgotność drewna wynosi ponad 35%, ale może być znacznie większa. Drewno w stanie określanym jako powietrzno-suche (wyschnięte na wolnym powietrzu) ma wilgotność około 15 – 20%, przechowywane w suchych pomieszczeniach – ma wilgotność 8 – 13%. Duża wilgotność drewna bywa powodem paczenia się wyrobów, stwarza warunki sprzyjające rozwojowi grzybów. Gdyby drewno zostało wysuszone do wilgotności 0% stałoby się materiałem łatwo pękającym i kruchym. Praktycznie nie byłoby można wykonać z takiego drewna żadnej konstrukcji czy przedmiotów użytkowych.
Zapach – każdy gatunek drewna ma swój specyficzny zapach. Pochodzi on od znajdujących się w drewnie żywic, olejków eterycznych, garbników itp. Z biegiem lat drewno traci zapach.

[edytuj] Właściwości mechaniczne

Drewno jest materiałem anizotropowym, jego wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, zginanie zależy od kierunku działania sił w stosunku do włókien. Drewno znacznie łatwiej przenosi siły (ma większą wytrzymałość) działające wzdłuż włókien - wraz ze wzrostem kąta odchylenia tych sił od kierunku włókien wytrzymałość drewna zmniejsza się. W zależności od osiąganej minimalnej wartości wytrzymałości mechanicznej drewno dzieli się na klasy. Przykładowe wartości wytrzymałości drewna na ściskanie w zależności od klasy:

ściskanie wzdłuż włókien – 16 MPa – 26 MPa (gatunki liściaste) i 23 – 34 MPa (gatunki iglaste)
ściskanie w poprzek włókien od 4,3 – 6,3 MPa (gatunki liściaste) i 8,0 – 13,5 MPa (gatunki iglaste)

Twardość – jest mierzona oporem stawianym przez drewno podczas wciskania stalowej kulki o ściśle określonej wielkości. Twardość zależy od gatunku drzewa, z którego drewno pochodzi. Do gatunków twardych należą między innymi: modrzew, robinia akacjowa czyli grochodrzew (nazywany błędnie akacją), buk, dąb, grab, jesion, jawor, wiąz. Do najbardziej miękkich: lipa, olcha, osika, topola. Drewno miękkie jest znacznie łatwiejsze w obróbce, stąd często jest używane przez rzeźbiarzy (np. ołtarz w kościele Mariackim w Krakowie jest wyrzeźbiony z lipy). Przykładowa twardość mierzona metodą Janki (przy pomocy kulki metalowej o przekroju 1 cm²) przy 15 % wilgotności surowca, dla niektórych gatunków drewna wynosi, od najmiększych do najtwardszych:

krajowych: osika 20 MPa, topola 27 MPa, świerk 28 MPa, sosna 28-30 MPa, lipa 30 MPa, jodła 31 MPa, modrzew 40 MPa, olcha 43 MPa, brzoza 48 MPa, klon jawor 63 MPa, dąb 66-67 MPa, orzech 72 MPa, wiąz 73 MPa, klon 73 MPa, jesion 74-76 MPa, buk 78 MPa, grusza 79 MPa, robinia akacjowa 88 MPa, grab 89 MPa

egzotycznych: Ochroma spp. (balsa) 4 MPa, Tectona spp. (teczyna) 46 MPa, Hevea spp. (Kauczukowiec) ok. 59 MPa, Khaya spp. (mahoń, różne gatunki) 58-65 MPa, Afzelia spp. (doussie) 76 MPa, Koompassia spp. (kempas) ok. 78 MPa, Tristania spp. (badi) ok. 78 MPa, Carya spp (orzesznik czyli hikora) 83 MPa, Hymenaea spp. (jatoba) ok. 85 MPa, Intsia spp. (merbau) ok. 85 MPa, Cantleya spp. (daru-daru) ok. 88 MPa, Eusideroxylon spp. (ulin) ok. 91 MPa, Buxus spp (bukszpan) 133 MPa, Diospyros spp. (heban) 171 MPa, Guaiacum spp. (gwajak) 197 MPa.

Ścieralność – drewna twarde są najczęściej najodporniejsze na ścieranie. Ta cecha ma duże znaczenie przy wyborze drewna jako materiału do wykonania np. podłóg.

Wady drewna zawsze powodują obniżenie jego wartości i mogą spowodować jego dyskwalifikację jako materiału. Zależą od różnych czynników:

związane ze wzrostem drzewa to – sęki, rdzenie położone mimośrodowo, rdzenie podwójne, zawoje, skręt włókien, pęknięcia np. mrozowe itp.
związane z procesami gnilnymi, zagrzybieniem podczas wzrostu drzewa albo po jego ścięciu, powodują zmianę zabarwienia, siniznę, zgniliznę czyli mursz. Przykłady grzybów rozwijających się na drewnie:
- grzyby powodujące szybki rozkład drewna na dużych powierzchniach: grzyb domowy właściwy stroczek domowy (Merulius lacrimans), grzyb domowy biały porzyca inspektowa (Poria vaporaria), grzyb piwniczny gnilica mózgowata (Coniophora cerebella), grzyb kopalniany krowiak łykowaty (Paxillus acheruntius);
- grzyby występujące "gniazdowo": grzyb podkładowy twardziak łuskowaty (Neolentinus lepideus), grzyb słupowy siatkowiec płotowy (Lensites sepiaria)
związane z żerowaniem owadów na drzewie lub drewnie (np. spuszczel (Hylotrupes bajulus), trzpiennik olbrzym (Sirex gigas), rytel pospolity (Hylocoetus dermestoides), drwalnik paskowany (Xyloterus lineatus), kołatek mieszkaniowy (Anobium pertinax) i kołatek meblowy (Anobium domesticus), świdrak okrętowiec (Teredo navalis), raczek (Limmonoria lignorum).

Wymienione grzyby, owady, małże są pasożytami drewna. Do szkodników żerujących na drzewie należy też objęty ochroną gatunkową kozioróg dębosz. Do ochrony drewna, zwłaszcza w budownictwie, należą takie przedsięwzięcia jak:

nie używanie drewna pochodzącego z rozbiórki starych domów
nie malowanie drewna farbami olejnymi przed jego wysuszeniem
wietrzenie pomieszczeń, w których drewno jest zastosowane
wykonanie poprawnej izolacji przeciwwilgociowej
wykonanie impregnacji preparatami grzybo- i pleśniobójczymi
wykonanie zabezpieczenia przeciwogniowego

[edytuj] Gatunki drewna używane w budownictwie

W budownictwie najczęściej używane są następujące gatunki drewna:

gatunki iglaste, stosowane są do wykonywania konstrukcji dachowych, stolarki budowlanej (okna, drzwi, schody itp.), desek podłogowych, sklejki itp.:
- Jodła (Abies alba) – najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew stuletnich. Drewno jest miękkie, o średnie wytrzymałości, giętkie i łupliwe. Ma sporo sęków, które wypadają z tarcicy.
- Modrzew (Larix europaea) – najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew w wieku 100 – 120 lat. W Polsce rzadko stosowane, jest najlepszym (z punktu widzenia techniki) i najtrwalszym gatunkiem drewna.
- Sosna (Pinus silvestris) – najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew w wieku 80 – 120 lat. Drewno jest miękkie, łatwe w obróbce, sprężyste, o dobrej wytrzymałości mechanicznej.
- Świerk (Picea abies) – najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew w wieku 80 – 120 lat. Drewno jest miękkie, o średniej wytrzymałości, sprężyste, trudne w obróbce (łatwo pęka, ma sporo sęków). Ze świerków rosnących w górach otrzymuje się lepsze drewno, niż z rosnących na nizinach.

gatunki liściaste, najczęściej stosowane są do robót stolarskich, wykonywania podłóg i posadzek
- Brzoza (Betula pendula) i (Betula pubescens) – drewno o dobrych właściwościach mechanicznych i małej odporności na grzyby.
- Buk (Fagus silvatica) – najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew w wieku około 110 lat. Drewno twarde, o dużej wytrzymałości, łatwe w obróbce. Często atakowane przez owady.
- Dąb (Quercus robur) lub (Quercus petrea) – najlepsze właściwości ma drewno pozyskiwane z drzew w wieku około 180 lat. Drewno jest twarde, o dobrych parametrach wytrzymałościowych, odporne na ścieranie. Często atakowane przez owady. W wodzie z czasem czernieje, w wyniku reakcji chemicznych pomiędzy kwasem garbnikowym znajdującym się w drewnie a solami żelaza występującymi w wodzie. Drewno łatwo pęka i paczy się.
- Grab (Carpinus betulus) – drewno o dobrych właściwościach mechanicznych, trudnościeralne, ciężkie.
- Jesion (Fraxinus excelsior) – drewno ciężkie, wytrzymałe i elastyczne. Po ścięciu łatwo je wygiąć. Zastosowane w warunkach suchych jest trwałe, w wilgotnych łatwo ulega zniszczeniu.
- Olsza czarna (Alnus glutinosa) – drewno miękkie, łatwe w obróbce. Często atakowane przez owady. Mało odporne na zmienne warunki atmosferyczne. Przy stałym przebywaniu pod wodą trwałe, dzięki dużej zawartości garbników
- Topola (Populus, ok. 30 gatunków) – jedyne drewno liściaste stosowane są do wykonywania konstrukcji budowlanych, zwłaszcza na terenach bezleśnych. W Polsce raczej jako drzewo ozdobne, opałowe, stosowane też w celu osuszania terenu.
- Wiąz pospolity i brzost (Ulmus campestis, Ulmus montana) – drewno twarde, wytrzymałe, sprężyste. Parzone łatwo daje się wyginać. Trwałe na powietrzu i pod wodą.

[edytuj] Sortymenty drewna

Surowiec drzewny można podzielić:

ze względu na rodzaj drewna:
- drewno iglaste – drewno pozyskiwane z drzew iglastych
- drewno liściaste – drewno pozyskiwane z drzew liściastych
- drewno krzewów – drewno pozyskiwane z krzewów
ze względu na postać:
- drewno okrągłe – surowiec drzewny pozyskiwany w stanie okrągłym, z zachowaniem kształtu pobocznicy pnia lub elementów korony
- drewno łupane – surowiec drzewny wyrabiany z drewna okrągłego przez dzielenie go wzdłuż włókien,
- drewno rozdrobnione – surowiec drzewny wyrabiany z drewna za pomocą rozdrabniarek
ze względu na kategorie grubości:
- grubiznę: do której zaliczamy drewno wielkowymiarowe i średniowymiarowe
- drobnicę: do której zaliczamy drewno małowymiarowe
ze względu na kategorie długości:
- drewno długie: do którego zaliczamy dłużyce i kłody
- drewno krótkie: do którego zaliczamy wyrzynki, wałki i szczapy.
ze względu na klasyfikację jakościowo-wymiarową:
- drewno wielkowymiarowe (W)
  - klasy A (WA0), B (WB0), C (WC0), D (WD)
- drewno średniowymiarowe (S)
  - grupy: S1, S2 (podgrupy a i b), S3 (podgrupy a i b), S4
- drewno małowymiarowe (M)
  - grupy: M1 i M2

Polskie Normy odnośnie surowca drzewnego:

PN-92/D-02002: Surowiec drzewny. Podział, terminologia i symbole.
PN-D-02006:2000 Surowiec drzewny. Odbiorcza kontrola jakości według metody alternatywnej. Terminy, definicje i metody badań.
PN-92/D-95000: Surowiec drzewny. Pomiar, obliczanie miąższości i cechowanie.
PN-92/D-95008: Drewno wielkowymiarowe liściaste.
PN-91/D-95009: Surowiec drzewny. Zrąbki leśne.
PN-92/D-95017: Drewno wielkowymiarowe iglaste.
PN-92/D-95018: Drewno średniowymiarowe.
PN-92/D-95019: Drewno małowymiarowe.

[edytuj] Literatura

Wacław Żenczykowski, "Budownictwo ogólne, tom 1 – materiały i wyroby budowlane" wyd. 8; Warszawa, wyd. Arkady 1976
Wacław Parczewski "Materiały Budowlane"; Warszawa, PWN 1975
Kazimierz Łapiński "Poradnik Modelarza Lotniczego" wyd. WKiŁ, 1984