Что называют плотностью древесины
Плотность древесины. Таблица значений плотности
Что такое плотность древесины
Выражается плотность в кг/м³
Обычно, в строительстве значение плотности древесины нужно для того, чтобы расчитать массу (вес) древесины.
Так же как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, плотность определяется при влажности 12 %. При определении плотности древесного вещества его массу определяют взвешиванием, а объём рассчитывают по разнице объёма образца древесины и объёма жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.
Очень тесная связь существует между плотностью и прочностью древесины. Более плотная (тяжёлая) древесина, как правило, является более прочной.
По плотности древесины при влажности 12 % все породы делят на три группы:
Стоит отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.
Таблица плотности древесины
Согласно последней правке «СП 64.13330.2017» от 2017 года сделанной в «СНиП II-25-80 Деревянные конструкции» раздел касающийся плотностей древесины имеет такой вид:
Плотность древесины и древесных материалов
Таблица справочных значений плотности для пород деревьев
Так как стандартизированные значения плотности для древесины имееют групповой вид, пришлось полазить по англоязычным справочникам, чтобы собрать значения плотности по породам деревьев. Получилась следующая таблица:
Плотность древесины
Данный параметр представляет собой соотношение массы древесины к ее объему. Плотность дерева выражается в кг/м³. В строительстве и изготовлении мебели или лестниц из дерева плотность служит для вычисления массы материалы.
Древесина имеет большое количество межклеточного пространства с пустотами. С помощью спрессовывания устраняются эти пустоты, за счет чего получают древесное вещество. Спрессованная древесина будет иметь меньшую плотность по отношению к удельному весу древесного вещества. Прочность материала будет зависеть от величины этого показателя. Древесина, имеющая больший удельный вес, трудно поддается обработке и антисептической пропитке.
Классификация древесины по плотности
По плотности древесины при влажности 12% все породы делят на три группы:
Все хвойные породы деревьев имеют низкую плотность. Исключениями могут быть только лиственница и несколько редких видов сосны.
Как измеряют плотность древесины?
Средняя плотность древесины измеряется по определенному алгоритму:
Данный алгоритм расчета удельного веса прописан в ГОСТ 16483.1-84. В рекомендациях указано, что измерения лучше всего проводить на заготовках, которые имеют форму прямоугольной линзы. Грани образца должны быть хорошо обработаны. Размеры заготовки должны быть следующими: длина – 20 мм, ширина 20 мм, высота 30 мм.
Зависимость плотности дерева от влажности
На плотность древесины влияют несколько параметров. Но ключевым является влажность дерева. Чем выше влажность, тем больше вес бруска. За счет этого увеличивается масса заготовки. В результате древесина с повышенной влажностью имеет большую плотность.
Выделяют 3 основных категории древесины по влажности:
Свежесрубленная древесина обычно имеет влажность не менее 50%. Материал проходит сушку на свежем воздухе под специальным навесом. Такая процедура убирает влагу до 25%. Чтобы добиться 12% влажности дерева помещают в сушильную камеру. Только при таком проценте влажности можно проводить измерение.
Таблица плотности древесины различных пород
В следующей таблице представлена плотность различных пород древесины:
Свойства древесины
Очень важную роль в строительстве играет качество материалов. Как и другие строительные материалы, древесина (любые пиломатериалы) различается по свойствам и характеристикам. Зависят эти характеристики от породы дерева, применяемого в качестве используемого материала. Для тех или иных задач и назначений подбирают соответствующие породы древесины, способные выполнять поставленные перед ними задачи.
Свойства относящиеся к древесине:
Плотность древесины
Что такое плотность древесины
Плотность древесины зависит от её влажности. Как и все остальные показатели физико-механических свойств древесины, она определяется при влажности 12 %. Между прочностью и плотностью существует тесная связь. Более тяжелая древесина, как правило, является более прочной. При определении плотности древесинного вещества его массу определяют взвешиванием, а объем рассчитывают по разнице объема образца древесины и объема жидкости, заполнившей пустоты в этом образце.
По плотности древесины при влажности 12 % все породы делят на три группы:
Необходимо отметить, что почти вся древесина у хвойных пород деревьев, за исключением лиственницы и некоторых видов сосны, имеет низкую плотность.
Твёрдость древесины
Суть метода Бринелля заключается в способности древесины сопротивляться внедрению (вдавливанию) в неё более твёрдого тела (индентора). При измерениях по Бринеллю используются инденторы в виде шариков из закалённой стали. Первоначально индентор устанавливают на проверяемом образце древесины, следом прилагается основная нагрузка. Спустя определенное время после приложения, нагрузку снимают и измеряют глубину оставшегося на дереве отпечатка. Рассчитывают твёрдость древесины по Бринеллю таким образом: приложенную нагрузку делят на площадь поверхности отпечатка, при этом соответствующими нормативными документами определены диаметры индентора и время экспозиции.
При методе Янка также используется индентор в виде металлического шарика, однако оценивается не глубина вдавливания, а сила, которую надо приложить, чтобы вдавить шарик в древесину на половину диаметра.
Все древесные породы по твёрдости делят на три группы:
Влажность древесины
Влажность это соотношение массы влаги (воды), находящейся в данном объёме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах ( % ). В древесине вода пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства. Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной. Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной.
Различают следующие степени влажности древесины:
Абсолютно сухая влажность 0 %, древесина высушена при температуре t = 103°C.
Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Например, влажность заболони сосны в 3 раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается вверх по стволу, а влажность ядра не изменяется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается.
Влажность у молодых деревьев выше и её колебания в течение года больше, чем у старых деревьев. Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь-февраль), минимальное – в летние месяцы (июль-август).
КОЭФФИЦИЕНТЫ УСУШКИ ДРЕВЕСИНЫ, %
| Порода | Усушка | ||
|---|---|---|---|
| объёмная | в тангенциальном направлении | в радиальном направлении | |
| Лиственница | 0,52 | 0,35 | 0,19 |
| Сосна | 0,44 | 0,28 | 0,17 |
| Ель | 0,43 | 0,28 | 0,16 |
| Пихта | 0,39 | 0,28 | 0,11 |
| Кедровая сосна | 0,37 | 0,26 | 0,12 |
| Берёза | 0,54 | 0,31 | 0,26 |
| Бук | 0,47 | 0,32 | 0,17 |
| Ясень | 0,45 | 0,28 | 0,18 |
| Осина | 0,41 | 0,28 | 0,14 |
Усушка, разбухание и коробление древесины
Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.
Наличие различных напряжений внутри древесины может привести к её короблению.
Раскалываемость древесины
Износостойкость и гибкость древесины
Наибольшей способностью к гнутью (загибу) обладают лиственные кольце-сосудистые породы деревьев (дуб, ясень) и рассеянно сосудистые (бук, берёза). У хвойных пород эта способность очень невысока.
Способность к гнутью широко используется при изготовлении мебели, предметов интерьера.
Тепловые свойства
К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.
Деформативность
Модуль упругости вдоль волокон Е = 12-16 ГПа, что в 20 раз больше, чем поперёк волокон. Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.
С увеличением содержания связанной воды и температуры древесины, жесткость 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.
Плотность пород древесины
Плотность древесины – физическое свойство, характеризующее отношение массы сухого материала к его объему. Этот показатель учитывается при перевозке, обработке и применении дерева. Плотность древесины используется при проведении физико-математических расчетов во время сортировки пиломатериалов.
Что такое плотность древесины
Единицей измерения плотности древесины является гм/см 3 или кг/м 3 (в системе СИ). Этот показатель определяется по формуле: р = mb/Vb. Символ m обозначает массу материала, b – параметр влажности, Vb – объем влажного вещества. Выделяют следующие виды плотности древесины:
В древесине присутствует большое количество межклеточных пространств, называемых пустотами. Древесинное вещество получается при помощи спрессовывания дерева. В результате пустоты полностью исчезают. Плотность спрессованной древесины меньше удельного веса древесинного вещества. Чем выше величина этого показателя, тем прочнее материал. Древесина с большим удельным весом труднее поддается обработке и не пропитывается антисептиками.
Измерение плотности осуществляется по следующему алгоритму:
Алгоритм вычисления данного показателя указан в ГОСТ 16483.1-84. Проводить измерения рекомендуется на заготовках в форме прямоугольной линзы. Длина основания измеряемого образца должна равняться 20 мм, ширина – 20 мм, высота – 30 мм. Грани заготовки необходимо тщательно обработать перед измерением плотности древесины.
ГОСТ 16483.1-84 Древесина. Метод определения плотности
В большинстве стран Европы, вместо плотности древесины, используется показатель прироста. Он характеризует среднюю толщину слоев роста. Этот параметр используется при расчете величины изменения объема дерева в течение некоторого промежутка времени. Главным преимущества параметра прироста является легкость расчета, что позволит снизить затраты на проведение математических измерений. Согласно мнению профессиональных специалистов, этот параметр не характеризует физические свойства древесины. Поэтому он не связан с плотностью вещества. В Российской Федерации показатель прироста используется центрами по экспертизе и стандартизации лесоматериалов.
Взаимосвязь с другими параметрами
Плотность древесины связана со следующими физическими свойствами дерева:
Одним из главных свойств, связанных с плотностью, является твердость древесины. Она характеризует способность дерева выдерживать сильные нагрузки. Чем больше объемный вес деревянного бруска, тем больше его твердость. Мягкие породы имеют высокую теплопроводность и не подвергаются механическим деформациям. Твердая древесина воспламеняется с меньшей интенсивностью.
Твердость определяется тестом по Бринеллю. Для осуществления расчетов требуется металлический шарик диаметром 1 мм. Он вдавливается в поверхность деревянной заготовки. Проделанное отверстие измеряется при помощи линеек и штангенциркулей. Глубина измеряемой лунки является коэффициентом Бринелля, использующимся для оценки твердости материала.
При самостоятельном определении коэффициента Бринелля могут возникнуть погрешности, что приведет к неточности измерении. Поэтому для оценки устойчивости материала применяется таблица твердости разных пород древесины:
| Разновидность древесины | Коэффициент Бринелля | Особенности материала и область применения |
| Акация | 7,1 кгс/мм² | Произрастает в Северной Америке. Используется для изготовления паркета и мебели. |
| Бук | 3,8 кгс/мм² | Растет на территории Европы, Западной Азии, Северной и Южной Америки. Бук обладает мягкой фактурой легко обрабатывается режущими инструментами. |
| Бамбук | 4,7 кгс/мм² | Растет в Юго-Восточной Азии. Устойчив к высоким перепадам температур, эффективно впитывает влагу. Используется в медицине. |
| Берёза | 3,3 кгс/мм² | Произрастает в Европе. Имеет низкую устойчивость к воздействию высоких температур. Применяется при производстве элементов декора. |
| Вишня | 3,6 кгс/мм² | Растет в Европе, Азии и Северной Америке. Имеет ровноволокнистую структуру и легко поддается обработке. |
| Граб | 3,5 кгс/мм² | Произрастает на юге России. Обладает скрученными волокнами и высокой прочностью. |
| Дуб | 3,8 кгс/мм² | Растет в Европе и Северной Америке. Устойчив к механическим деформациям, имеет долгий срок эксплуатации. Используется при изготовлении дощатых полов. |
| Ель | 1,3 кгс/мм² | Произрастает на территории Европы и Северной Америки. Отличается неоднородностью цвета и низкой степенью абсорбции. Применяется в строительном секторе. |
| Клён | 4,8 кгс/мм² | Произрастает в Северной Америке и Европе. Склонен к образованию трещин. Применяется при изготовлении мебели. |
| Орех грецкий | 5 кгс/мм² | Произрастает на территории Южной Европы, Средней Азии и Ближнего Востока. Отличается высокой влажностью и прочностью структуры. Применяется в медицине. |
| Ольха | 3,0 кгс/мм² | Растет в Западной Азии. Европе и Северной Африке. Имеет тонкую структуру и поддается деформации. Применяется при производстве паркета. |
| Сосна | 1,6 кгс/мм² | Растет в Европе, Северной Америке и Азии. Имеет низкую теплопроводность и не воспламеняется. По этой причине данный материал активно используется при строении помещений, где проводится термическая обработка. |
| Ясень | 4,1 кгс/мм² | Произрастает в Европе. Эластичен, легко поддается механической обработке. Используется для изготовления спортивных снарядов. |
Таблица твердости используется на промышленных предприятиях. Она позволяет работникам выбрать оптимальные материалы для проведения физико-математических измерений.
Зависимость от влажности
Влажность древесины является одним из главным параметров, влияющих на плотность этого материала. При наличии большого количества влаги повышается вес бруска. В результате масса заготовки увеличивается. Поэтому плотность дерева, где отсутствует влага, ниже. Влажные образцы имеют высокую прочность и твердость.
Выделяют 3 основных категории древесины по влажности:
Влажность свежесрубленной древесины составляет не менее 50 %. Поэтому сырье подвергается естественной сушке под навесом. Эта процедура позволяет снизить количество влаги до 25 %. Для дальнейшего снижения этого показателя требуется поместить дерево в сушильные камеры. Измерение можно проводить при влажности не более 12 %.
Измерение показателя твердости
Для определения твердости используются 3 основных метода:
Таблица значений плотности древесины
Крайне нестабильной является величина, определяющая плотность дерева. Она может измеряться в широком диапазоне даже для одного сорта или состава древесины в зависимости от определенных факторов. Обычно, когда указывается объемный вес древесины, то подразумеваются обобщенные цифры. Нередко эмпирический результат способен отличаться от справочных данных.
Базовые понятия
Плотность дерева определяется по формуле, известной еще со школьного курса физики
Если определять плотность дерева с учетом пористости, то здесь помогает знание удельного веса. На условный объем в данном случае не оказывает влияние коэффициент усушки, и он не нуждается в перерасчете с включением влажности 10-17%. Подход помогает не усложнять расчет, а получать цельный результат во время сверки нескольких разных образцов.
Классификатор пород
Необходимо знать, что плотности древесины различных пород значительно разнятся между собой по значениям.
Традиционно принято делить заготовляемые объемы на три условных группы по плотности:
Ангарская сосна хотя и считается эталонной по твердости, на самом деле относится к неплотным породам древесины
Показатель удельной плотности березы повислой относится к средней группе
Изготовленные из дуба мебель, напольные покрытия выдерживают многолетнюю эксплуатацию
Противоположными характеристиками обладает бакаут. Кубометр такого материала отклонит стрелку весов на 1,3 т. Медленнорастущее дерево произрастает на Кубе, Гаити, Гондурасе. Материал достаточно трудно обрабатывается за счет имеющейся в структуре смолы. Из него делают кегли, шары для боулинга и даже подшипники.
ВИДЕО: Характеристики основных лиственных и хвойных пород древесины
Взаимосвязь фактуры со свойствами
Доказано, что плотность древесины зависит от того, сколько внутри ее структуры сохраняется жидкости. В первую очередь вода повышает массу выбранного объема, а во вторую очередь она стимулирует набухание клеточных стенок, что приводит к расширению объема. Это приводит к тому, что средняя плотность древесины определяется при полном отсутствии жидкости или при определенном ее процентном содержании.
Найти значение у максимально высушенных заготовок вряд ли удастся, так как они будут при любом удобном случае поглощать влагу из атмосферы. В классическом варианте замеры осуществляются при достижении определенного равновесного состояния.
Физические расчеты иногда включают базовое значение. Оно является отношением массы полностью сухой заготовки к возможно максимальному объему в набухающем состоянии. Последнее характерно для заготовок, только что спиленных, в которых буквально недавно происходило сокодвижение, или длительное время находившихся в воде заготовках.
Плотность, пористость и проницаемость древесины
На значение оказывает влияние среда произрастания. В отечественных широтах встречаются чаще всего растения, значение плотности сухой древесины у которых варьируется в пределах 350-920 кг/куб.м. Например, плотность сосны, как и плотность осины,попадает в среднюю часть интервала, так как составляет около 500 единиц. Если брать плотность дуба, то она ближе к верхнему порогу в зависимости от степени насыщенности влагой составляет 700-750 кг/куб.м.
Структура дерева зависит от проницаемости жидкостями и газами под давлением. Эта особенность оказывается под влиянием системы сообщающихся клеточных полостей. Сухая клеточная стенка обладает низкой пористостью. Ее составляющие обычно находятся в стеклообразном состоянии.
Характеристика популярных сортов древесины
Таблица плотности популярных сортов древесины
Помимо сухой статистики, приведем краткое описание некоторых пород дерева для понимания природы определения плотности.
Лиственница
Заготовки из этого материала достаточно прочные и долговечные. По своей твердости она сопоставима с дубом. Коробление в малой степени оказывает влияние на лиственницу, поэтому ее нередко используют в качестве строительного и отделочного материала.
Все сорта кедровых деревьев обладают схожей по цвету древесиной. В ее структуре присутствует большое количество масел и смол, которые придают заготовкам характерный приятный запах. В срезе явно заметны годичные кольца, так как присутствует заметный контраст в зонах ранней и поздней древесине. Традиционно волокна располагаются прямо, а характерной чертой образования рисунка является наличие кармашков врастания коры.
Мореный дуб
Это много лет назад затонувшие леса, которые без доступа кислорода упрочнились на дне водохранилищ. Отличается неповторимой цветовой гаммой и долговечностью при эксплуатации.
Осина
Мягкая, но одновременно плотная фактура отлично обрабатывается металлическим инструментом. Благодаря такой податливости она легко распиливается, фрезеруется, лущится. Также легко склеить отдельные элементы между собой. Недостаток материала в том, что он трудно полируется.
Светлая на продольном и поперечном срезе древесина имеет легкий коричневатый или красноватый оттенок. Хорошо обрабатывается. Редкими считаются заготовки с зеленоватым тоном.
Ольха
Свежесрезанная заготовка быстро темнеет, приобретая желтоватый или оранжевый цвет. После обработки олифой или маслом получается равномерный тон, отличающий ее от остальных пород. Доска содержит сердцевинные повторения как черточки.
ВИДЕО: Как учитывать свойства древесины в изделиях