Puidu kasutamine materjalina ja kütteainena on taimede kasutamise üks varasemaid viise. Puit on väga mitmekülgsete kasutusvõimalustega taastuv tooraine, mis kuulub tänini tähtsaimate taimsete saaduste hulka.
Puit tekib puidurakkude kasvamise ja paljunemise tulemusena. Selle hulgas eristatakse kahte mehhanismi. Puidu kasv algab taimsest algkoest ehk meristeemist.
Tipukasv ehk pikkuskasv ehk primaarne kasvamine on taime kasv pikkusse tüve-, oksa- ja juuretippudes.
Taimeosa jämeduse kasv toimub puidu ja puukoore vahel paikneva kambiumi rakkude jagunemise tulemusel. Kambiumirakk jaguneb kaheks identseks rakuks, millest aga ainult üks jääb kambiumi rakuks, teine muutub kas puidu või puukoore rakuks. Sellest saab püsirakk, mis võib veel ühe või ka rohkem kordi poolduda. Nii tekivad sõltuvalt olukorrast niinerakud (floeem), millest seejärel tekib sisemine tüvi (ksüleem) ja välimine korp. Raku jagunemine toimub sagedamini sissepoole ja seetõttu leiab palju tihedamini aset puidurakkude teke. Koore osakaal tervel puutüvel on ainult 5–15%. Pärast püsiraku viimset pooldumist toimub puiduraku muutumine juhtimis-, tugevdus- või talletusrakk.
Kasvuperioodid
Meie ilmastikuoludes on puittaimedel neli kasvuperioodi:
puhkeperiood (novembrist veebruarini);
mobiliseerimisperiood (märtsist aprillini);
kasvuperiood (maist juulini): puidurakud, mis sellel aastaajal arenevad, on õhukese kesta ja heleda värvusega ning moodustavad niinimetatud varase puidu, kevadpuidu. Selles paiknevad ka toitainete liikumiseks vajalikud juhtimisrakud;
hoiustamisperiood (augustist oktoobrini): puidurakud, mis sel ajal tekivad, on väikese sisemahu, paksu kesta ja tumeda värvusega ning moodustavad niinimetatud hilispuidu (sügispuit).
Sellise tsüklilise kasvu tagajärjel moodustuvad aastarõngad, mis on tüve ristlõikel selgelt märgatavad. Aastarõngaste uuringuid kasutatakse puude vanuse määramisel, samuti paleoklimatoloogias, dendrokronoloogias jm.
Kestandumine
Okaspuu tangentsiaallõige Trahheiidid ja nendes olevad koobaspoorid
Puidu kestandumine ehk lülipuidu moodustumine toimub, kui sisemised tüve veekanalid sulguvad ja seejärel rakud surevad. See toimub okaspuidul rakumembraani avade sulgemisel ja lehtpuidul mitte enam kasutatud veekanalite sulgumisel ligikaudu 20–40 aasta vanustel rakkudel. Selle protsessi käigus kujunevad ained, mis hiljem raku kesta ladestuvad, ning tihti kasvab vastupidavus kõdunemisele.
Kui värvierinevust näha ei ole, aga madala niiskusetaseme järgi saab järeldada, et südamik on kestandunud, räägitakse küpspuidulistest puudest (näiteks harilik kuusk, nulg, pärn, pirnipuu ja punapöök).
Südamik-küpspuupuidu (nt saar, jalakas) südamiku värvus on astmeline, millele järgneb küpspuit, mis samuti nagu südamik enam toitainete transpordis ei osale ja veel üks välimine osa, tihvtpiirkond (juurdekasv).
Uueks puiduks nimetatakse seda osa tüvest, kus vee ja toitainete transport aset leiab. Nn tihvtpiirkonnaga puude omaduseks on ristlõikel märgatav ühtlane hele värvus, mis on tingitud südamiku mittekestandumisest (nt mägivaher, kask, lepp, pappel, harilik vaher ja arukask).
Arenguajaloo järgi on okaspuit vanem ning lihtsama rakulise ülesehitusega kui lehtpuit – seal on vaid kahte liiki rakke.
Trahheiid – piklikud lõpus teravaks mineva otsaga rakud, mis on täidetud ainult õhu või veega. Nende puidusubstantsi osakaal on 90–100%. Läbi niinimetatud tühimike, täpsemalt membraaniavade, toimub veevahetus rakkude vahel. Radiaalsuunas hoolitsevad (koordumise suunas) puukiired (risttrahheiidid) veetranspordi eest. Nende puidusubstantsi osakaal on 4–12%.
Parenhüümrakk – enamasti ristkülikukujulised rakud, mille ülesandeks on toitainete ja kasvuainete juhtimine, sealhulgas tärklise ja rasvade salvestamine. Koordumise suunas moodustuvad nad samuti puukiiri ja ümbritsevad vaigukanalid, sel juhul on tegemist ka epiteelrakkudega. Epiteelrakud toodavad vaiku, mis vaigukanalitest välja voolab. Ka okaspuud, mis vaigukanaleid ei oma (näiteks nulg), suudavad vigastuse juurde traumaatilisi vaigukanaleid moodustada.
Lehtpuidule on erinevalt okaspuudest omane mitte esinevad sooned (trahheed). Nad on tihti palja silmaga märgatavad väikese auguna ristlõikel ja soonekesena tangentsiaallõikes. Soonte järjestuse järgi eristatakse ümarpoorilist puitu (näiteks tamm, harilik kastan, saar, ebatsuuga, jalakas ...), poolümarpoorilist puitu (näiteks pähklipuu, kirsipuu ...) ja hajupoorilist puitu (näiteks kask, lepp, pärn, pappel, punapöök, paju ...).
Troopikapuit (vihmametsapuit)
Mõiste troopikapuit on defineeritud puidu päritolu järgi. See tähistab Kesk-Euroopast vaadatuna troopikas või subtroopilises regioonis kasvavat väärispuitu. Paljud troopilised puidud on märkimisväärsed oma eelisomaduste pärast, milleks on head mehaanilised omadused ja kõrge ilmastikukindlus ning vastupidavus putuka- ja seenekahjustuste suhtes. Sageli on ka puidu eriline värv või tekstuur meeldiv omadus. Konstantse troopikakliima tõttu ja sellega seoses puuduvate aastarõngaste tõttu on troopikapuit ühtlasema tekstuuriga kui parasvöötme puit. Troopikapuidu kasutamist kritiseerisid 1970. aastatel tööstusriigid, kuna troopiliste vihmametsade tagavara on ebaseadusliku raie tõttu ohustatud. Samas on puit väga tähtis majanduslik tuluallikas nii mõnegi troopilise kui ka parasvöötme riigi jaoks ning tähtis sissetulekuallikas sealsete elanike jaoks.
Ulatuse poolest suurimat tööstusliku lageraiet troopikapiirkonnas tehakse Indoneesias, kus igal aastal hävitatakse Šveitsi-suurune maa-ala vihmametsa. Viimane rikkumata vihmamets asub Aasias Lääne-Paapuas ja on ohustatud illegaalsete metsaraiete pärast (eriti merbau-intsia). Peasisseostjateks on Hiina ja Jaapan.
Teised organisatsioonid Pro Regenwald, Rettet den Regenwald ja Watch Indonesia edendavad täielikku loobumist troopikapuidust viimaste veel säilinud vihmametsade kaitseks.
Puit on üks mitmekesisemate kasutusvõimalustega toore.
See kuulub nii kestvatulu toorainete kui ka energiaallikate hulka, kuna ta päikeseenergia abil looduslikult kasvab.
Selle töötamise lihtsus ja sellega kaasnev väike energiatarve on olulised tegurid kasumi saamisel metsaraiest ja töötlemisest, samuti mängivad need olulist rolli ökoloogilisel kasutamisel.
Puit ehitus- ja konstruktsioonimaterjalina
Puitmaja taastamine
Puidu pikaajaline kasutamine materjalina on üks komponent süsinikdioksiidi ladustamisel ja väljendub positiivselt atmosfääri CO2-bilansile.
Eelised ja puudused
Puit on peene paksuse puhul tugev ja elastne.
Puit on küllaltki vastupidav paljude keemiliste ainete suhtes. Näiteks puit kahjustub alles siis, kui keskkonna pH tase on alla 2 või üle 9.
Väikese soojusjuhtivuse tõttu on puit väga hea soojusisolaator.
Üheks puidu puuduseks või eripäraks on tema ebaühtlane struktuur ja omadused. Näiteks tüvepuidu korral on üks põhilisemaid struktuurihälbeid oksakohtade esinemine.
Kõrvalekalduvad kasvutunnused või puiduvead hinnatakse tugevuse alusel enamasti negatiivseteks, kuid võivad samas olla esteetiliselt soovitud.
Puidu üheks halvaks küljeks on tema vastuvõtlikkus bioloogilistele teguritele. Ta on näiteks toiduks paljudele seentele (majavamm), putukatele ja bakteritele. Vastuvõtlikkus bioloogilisele lagunemisele on osaliselt seotud puidu niiskusega, sest vaid niiskunud puitu suudavad asustada ja lagundada puiduseened.
Veel üks puidu puudus on tema deformeerumine ehk puidu vormi muutumine nii koormuste kui ka niiskuse ja teiste keskkonnatingimuste mõjul. Näiteks kahaneb puit vananedes, aga võib ka niiskusesisalduse vähenedes või kasvanud puus tekkinud pingete kadumisel iseeneslikult lõheneda. Teisalt põhjustab puidu hügroskoopsus, ehk vee imamisvõime, nii tema eluaja jooksul kui ka hiljem tema vormi muutumist. Puiduniiskus sõltub ümbruse niiskustasemest. Niiskuse muutused põhjustavad puidu märkimisväärse vormimuutuse aga mõjutavad ka tema mehaanilisi omadusi.
Paljusid neist halbadest omadustest on võimalik niinimetatud konstruktiivse puidukaitsega vältida või vähendada. Selle hulka kuulub ka paljude vanade teadmiste ja tavade rakendamine puidu kasutamisel, ulatuslikult ilma kaasaegsete puidukaitsevahenditeta. Üks uus moodus puit niiskusekindlaks ja vastupidavaks muuta on termopuiduprotsess.
Puidu põlevus on tema halvaks küljeks, kui seda ehitus- ja konstruktsioonimaterjalina kasutatakse. Samas puit, mis paikneb tule suhtes ristikiudu, ja kattematerjal, mis koosneb puidu ristlõigetest, on üpris püsiv tule suhtes ja sellisel kujul mõningatel juhtudel hoopis tulekahju tõkestamiseks kasutatakse, kuna sel juhul tekib põlemisel puidu pinnale söe kiht ja see takistab soojuse kandumist puidu sisemusse ning samas ise põlemiseks kõrget temperatuuri vajab. Ehitusviisi ja kaitsemeetmetega on võimalik tõsta puidu vastupidavust nii tulele kui keskkonnamõjudele. Puitehitise stabiilsus väheneb tänu halvale puidu sisemisele soojusjuhtivusele aeglaselt tulekahju korral ja kandevõime väheneb peamiselt kandetarindite ristlõike vähenemise tõttu, mitte nende kuumenemise tõttu. Teraskonstruktsioonidel seevastu toimub aga kõrgest temperatuurist tulenevalt kandevõime vähenemine järsu, mis viib nende kokkuvarisemisele.
Pikaajalisel toimel kahjustab UV-kiirgus puitu. Seejuures laguneb ligniin ja vihmavesi uhub selle jäägid välja. Lisaks sellele muutub puit UV-kiirguse toimel halliks. Päikesekiirte mõju on tuntav puidu välimistel kihtidel ja seda annab vältida pigmendirikaste lakkide, ehk siis värvide kasutamisega.
Puit on üks vanemaid ehitusmaterjale ja üksnes oma tuleohtlikkuse pärast tulekahjude ja sõdade tõttu tagasitõrjutud. Viimasel ajal on puidu tähtsus ehitusematerjalina uuesti tõusnud, oma ökoloogiliste ja taastuva materjali heade omadustega. Lisaks ei reosta lagunev puit loodust.
Erinevalt metallist ei juhi puit elektrit. Selle tõttu ehitati 1930. aastatel saatjamastid puidust, misjuures antennitraat masti sees üles riputati. Välja arvatud Gleiwitzi mast, on kõik ülejäänud mastid kas Teise maailmasõja lõpus või hiljem lammutatud. Ka nüüd kasutab Saksa Telekom AG Brückis kahte 54 meetri kõrgust puumasti, mis ehitati metallosi kasutamata. Nende otstarbeks on mõõdetavate antennide vastuvõtt. Tänu mastide metallivabale konstruktsioonile on võimalik häirevabalt diagramme välja mõõta.
Põhimõtteliselt ei seisa puust kõrghoonete ehitamisele midagi vastu; see on aga staatiliste vaatepunktist ainult ülemiste korruste jaoks võimalik. Kõrgeim puidust ehitatud hoone asub MagdeburgisSaksamaal. See on Jahrtausendturm (avatud 1999. aasta Bundesgartenschau raames Elbauenpargi alal). Suurim Euroopa majanduslikult kasutatud maja viie korrusega asub EspoosSoomes. Selle ehitust juhatas põhiliselt Soome firma Finnforest ja see valmis aastal 2005.
Puitu saab kasutada toorainena või ka töödeldud kujul soojusisolatsiooniks (näiteks kiudisolatsiooniplaadid, balsapuit vedelgaasikonteinerite isolatsiooniks).
Puitkiudplaat on ka heade akustilise isolatsiooni omadustega. Keskmise paksusega kiudplaate (MDF) kasutatakse vanemate ehituste restaureerimise juures sammuheliisolatsiooniks.
Puitu kasutatakse nii ehitusmaterjaliks, betooni vormimisel, vooderdusena, elektrimastidel kui ka raudteeliipritena ja tunneli- ning sillaehitustöödes. Varem kasutati okaspuitu kaevandus- ja tunnelitöödel, kuna erinevalt lehtpuudest teeb ta murdumise eel häält.
Puitu kasutatakse mahutite ja silode ehitamisel, mis on mõeldud agressiivsete soolade säilitamiseks.
Üldiselt kasvab liimpuittalade kasutamine hallide katusekonstruktsioonides aga on esinenud ka niiskuskahjustustest tingitud ja talade kokkuvajumise põhjustanud õnnetusi. Konstruktsioonide kandejõud on siiski piisavalt suur, et regulaarse kontrollimise puhul risk puudub.
Puit on üks vastupidavamaid ehitusmaterjale, kui see on korrektselt töödeldud ja hoolitsetud, või kui ta kahjurite ja teiste mõjude tõttu ei kahjustu.
Puit konstruktsioonimaterjalina
Puidu kui konstruktsiooni koostisosa tähtsus suureneb fossiilse tooraine väheneva kasutamise tõttu. Tal on suhteliselt väike tihedus, suur jäikus ja head omadused kuju säilitamisel pikaajaliste jõudude mõjul. Seda on hea töödelda ja on eeliseks, et omab esteetilisi ja ergonoomilisi omadusi.
Tisleripuit: saetud puit, lauad, prussid, mööblimaterjal ja akende raamikonstruktsioon
Resonants- ehk kõlapuit – muusikainstrumentide jaoks
Töödeldud puit – liimpuitplaadid, tisleri plaat ja vineer
Tooraine puumaterjalidele nagu näiteks puitlaastplaadid, eri paksusega kiudplaadid või vineer
Puitu saab puhtal kujul probleemideta likvideerida seda kompostides või sellest põletamisega energiat võites. Vana- ja prügipuit kasutatakse põletusmaterjalina biomassitehases taastuv- ja CO2-neutraalse energia saamiseks. Veel üks ümbertöötamismeetod on kõrge temperatuuri juures toimuv pürolüüs.
Puitu kasutatakse paljude põhjuste tõttu uue energia võitmise jaoks. Küttepuit viitab uuestikasvava toorainena heale ökobilansile, kui seda uuesti istutatakse ja kasvatatakse. Puitu kasutatakse põletusainena puuahjudes. Puit on tänu automaatsete põletusseadmete leiutamisele puidugraanulite ja pilbaste kujul põletusainena nüüdselt mitte ainult palju ökoloogilisem, vaid pakub ka lähedast mugavust kui õli või gaas.
Pürolüüsi abil on võimalik puidust ja teistest orgaanilistest ainetest palju keemilisi põhiaineid valmistada, mis fossiilseid allikaid asendavad. See kujutab samaaegselt puidu ainelise ja teiste uuestikasvavate toorainete kasulikkust, mis fossiilsete energiatootjate loobumisel suureks kasuks on.
Muud ainelised kasutusvõimalused:
Suitsutamispuit – toiduainete konserveerimiseks
Tselluloosi tooraine, millest valmistatakse sealhulgas paberit ja tselluloosiprodukte nagu tselluloid ja viskooskiud
Tooraine selliste keemiasaaduste jaoks nagu tõrv ja puusüsi
Endel Saarman, Udo Veibri: Puiduteadus, Tartu: Eesti Metsaselts, 2006 (Põltsamaa: Vali Press) ISBN 9985960254
DIN 68364: Kennwerte von Holzarten
Hans Heinrich Bosshard Holzkunde Teil I-III, Birkhäuser Verlag, Stuttgart 1982-1998, ISBN 3-7643-1630-6
Chudnoff, M.: Tropical Timbers of the World, USDA Forest Service Handbook # 607, 466 p. ISBN 3-935638-82-5
Fengel, Wegener: Wood - Chemistry, Ultrastructure, Reactions, Berlin, New York: W. de Gruyter, 1984. ISBN 3-11-008481-3; Reprint: Verlag N. Kessel, 2003, 613 p. ISBN 3-935638-39-6
Jürgen Gaebeler: Die Frühgeschichte der Sägemühlen als Folge der Mühlendiversifikation, 346 Seiten. Verlag Kessel, Remagen. 2. Aufl. 2006. ISBN 3-935638-20-5
Dietger Grosser: Die Hölzer Mitteleuropas - Ein mikrophotographischer Holzatlas, 1977. Berlin, Springer-Verlag, 217 S. www.forstbuch.de, Reprint 2003. 87 Abb., 2 Falttafeln zur Bestimmung der Holzarten. ISBN
Dietger Grosser, 2006: Die Holzbibliotheken des Benediktinermönchs Candid Huber am Beispiel des "Waldsassener Exemplars", in: Res Naturae. Juni 2005, Kallmünz, S. 91-104
Karl Hasel, Ekkehard Schwartz: Forstgeschichte - Ein Grundriss für Studium und Praxis, 3. Aufl. 2002. 394 Seiten. ISBN 3-935638-26-4
R. Bruce Hoadley: Holz als Werkstoff, O. Meier Verlag, Ravensburg 1990, ISBN 3-473-42560-5
Paul Lehfeldt: Holzbaukunst [Reprint 2001, Reprint-Verlag Leipzig], Leipzig und Holzminden o.J., ISBN 3-8262-1210-X
Udo Mantau, Jörg Wagner, Janett Baumann: Stoffstrommodell HOLZ: Bestimmung des Aufkommens, der Verwendung und des Verbleibs von Holzprodukten, Müll und Abfall 37(6), S. 309 -), ISSN0027-2957
Franz Musiol: Holz_erinnert_… 2005. Katalog, 48 farbige Seiten. Eberbach. (Bildtafeln Furniere, 4.500 Wörtern im Zusammenhang mit Holz = Holzalphabet)
Peter Niemz: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe, DRW-Verlag, Stuttgart 1993, 243 Seiten. ISBN 3-87181-324-9
Erhard Schuster: Wald und Holz - Daten aus der Geschichte der Nutzung und Bewirtschaftung des Waldes, der Verwendung des Holzes und wichtiger Randgebiete, 2 Bände, Kessel Verlag, Remagen. 669 Seiten. 2006 - 2. A. ISBN 3-935638-62-0 und 3935638639
Anselm Spring, Maximilian Glas: Holz. Das fünfte Element, Frederking & Thaler, München 2005, ISBN
Wagenführ Holzatlas, Fachbuchverlag Leipzig, Leipzig 1996, ISBN
