Drewno (technika)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Inne znaczenia Ten artykuł dotyczy drewna jako surowca. Zobacz też: inne znaczenia tej nazwy.

Drewnosurowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem a warstwą łyka i kory. Pod względem technicznym drewno jest naturalnym materiałem kompozytowym o osnowie polimerowej wzmacniany ciągłymi włóknami polimerowymi, którymi są podłużne komórki zorientowane jednoosiowo.

Drewno należy do najstarszych materiałów używanych przez człowieka, zarówno do celów konstrukcyjnych jak i jako nośnik energii (spalanie). Pierwotnie stosowane było jako podstawowy materiał budowlany do budowy chałup i domów mieszkalnych, budowli gospodarczych, kościołów, mostów, a także budowli obronnych. Wykorzystywano pnie o zróżnicowanym zakresie obróbki (z czasem przecinane na połówki), deski, a nawet plecionki z cienkich gałęzi. Przez tysiąclecia budowano z drewna ściany, stropy i dachy, kryte dranicami lub gontem. Drewna używano do wykonywania mebli, sprzętów domowych, naczyń (z czasem w konstrukcji klepkowej) i narzędzi, a także do ogrzewania i oświetlania pomieszczeń (łuczywo). Z drewna budowano środki transportu: łodzie (pierwotnie dłubane w jednym pniu) i okręty, wozy i sanie. Przez dwa stulecia było podstawowym materiałem do wykonywania obudowy górniczej w kopalniach.

Obecnie drewno stosowane jest jako materiał konstrukcyjny oraz wykończeniowy. Swoją popularność zawdzięcza swej lekkości i wystarczającymi do wielu zastosowań własnościami wytrzymałościowymi. Stosuje się je jako materiał na podłogi, boazerie, do wykonania więźb dachowych budynków, altan, wiat, ogrodzeń i pergoli, mebli i zabawek. W wielu krajach, m. in. w Ameryce Północnej (USA i Kanada), drewno jest w dalszym ciągu ważnym materiałem budowlanym i używa się go do budowy większości niskich zabudowań mieszkalnych. Drewno małowartościowe, odpady powstałe przy produkcji różnych sortymentów drewna są wykorzystywane do produkcji płyt pilśniowych, wiórowych, OSB, sklejki[1], itd., które także są materiałem do wykonywania wielu przedmiotów codziennego użytku. Inne odpady drewniane (obrzynki, wióry, trociny itp.) są surowcem energetycznym.

W Polsce, w grodzie Biskupin wszystkie domy, urządzenia obronne i wiele przedmiotów wyposażenia i codziennego użytku były wykonane z drewna.

Przekrój poprzeczny pnia w parku narodowym "De Veluwe" w Holandii
wygląd słojów 12 gatunków drewna

W drewnie rozróżniamy trzy zasadnicze przekroje:

  • poprzeczny, utworzony przez przecięcie pnia prostopadle do jego osi podłużnej;
  • podłużny promieniowy, utworzony przez przecięcie pnia wzdłuż jego osi podłużnej, przez rdzeń;
  • podłużny styczny, utworzony przez przecięcie pnia wzdłuż jego osi podłużnej i przechodzący poza rdzeniem, czyli po stycznej do któregokolwiek pierścienia przyrostu rocznego.

Wady i zalety drewna[edytuj | edytuj kod]

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, ale jednocześnie mogą podnosić jego walory ozdobne. 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 biologicznym pochodzeniem. Materiały i produkty drzewne bez odpowiedniego zabezpieczenia łatwo ulegają degradacji pod wpływem wody, owadów, grzybów i małży będących pasożytami drewna. Zmienne warunki wilgotności prowadzą często do paczenia się i pękania drewna. Owady i grzyby obniżają mechaniczną wytrzymałość drewna.

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

Przykłady grzybów rozwijających się na drewnie:

Do ochrony drewna, zwłaszcza w budownictwie, należą takie praktyki jak:

  • nieużywanie drewna pochodzącego z rozbiórki starych domów,
  • niemalowanie 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.

Zalety drewna jako surowca:

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

Skład chemiczny[edytuj | edytuj kod]

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 (ok. 45%), hemicelulozy (ok. 30%) i lignina (ok. 20%). Ponadto w drewnie występują też: cukier, białko, skrobia, garbniki, olejki eteryczne, guma oraz substancje mineralne, które po spaleniu dają popiół. Skład chemiczny popiołu zależy od rodzaju drzewa, klimatu, gleby itp.

Właściwości fizyczne[edytuj | edytuj kod]

  • Barwa – u drewna krajowego nie odznacza się tak dużą intensywnością, jak u 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/ dla świerka, do 810–830 kg/m³ dla grabu (wartości przykładowe dla innych gatunków: sosna 540–550 kg/m³, dąb 720–740 kg/m³, buk 720–730 kg/m³, jesion 680–700 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. Współczynniki przewodności cieplnej zależą od rodzaju drzewa i stopnia wilgotności drewna.
  • 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 można byłoby wykonać z takiego drewna żadnej konstrukcji czy przedmiotów użytkowych.
  • 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.
  • 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.

Właściwości mechaniczne[edytuj | edytuj kod]

Drewno jest materiałem anizotropowym, ortotropowym, 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 – 88 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

Mierzona jest 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:

Ścieralność

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

Gatunki drewna używane w budownictwie[edytuj | edytuj kod]

Drewno sosnowe
Drewno świerkowe
Drewno brzozowe
Drewno bukowe
Drewno jesionowe

W budownictwie najczęściej używane są następujące gatunki drewna:

  • gatunki iglaste (pozyskane z drzew iglastych) – 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 średniej 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 (pozyskane z drzew liściastych) – 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, ciężkie, o dobrych parametrach wytrzymałościowych, odporne na ścieranie. Bardzo dobre do wyrobu parkietów lub masywnych mebli (np. kredensów). 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 (niemniej jednak w wodzie jest trwalsze niż większość innych krajowych gatunków). Drewno łatwo pęka i paczy się.
    • Grab (Carpinus betulus) – drewno o dobrych właściwościach mechanicznych, trudnościeralne, ciężkie, bardzo twarde.
    • 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 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.

Sortymenty drewna[edytuj | edytuj kod]

Podziałem surowca drzewnego na poszczególne sortymenty drewna okrągłego zajmuje się sortymentacja. Zasadniczy podział i terminologia zawarte są w Polskich Normach:

  • PN-92/D-02002: Surowiec drzewny. Podział, terminologia i symbole.
  • PN-92/D-95000: Surowiec drzewny. Pomiar, obliczanie miąższości i cechowanie.

Literatura[edytuj | edytuj kod]

  • Wacław Żenczykowski: Budownictwo ogólne. Wyd. 8. T. 1: Materiały i wyroby budowlane. Warszawa: Arkady, 1976.
  • Wacław Parczewski: Materiały Budowlane. Warszawa: PWN, 1975.
  • Kazimierz Łapiński: Poradnik Modelarza Lotniczego. WKiŁ, 1984.

Przypisy

  1. Paweł Kozakiewicz, Sławomir Krzosek: Inżynieria materiałów drzewnych. Warszawa: Wydawnictwo SGGW, 2013, s. 136. ISBN 978-83-7583-426-0.