Что такое плотность древесины плотность древесного вещества способы определения плотности

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:

1. Удельный вес (условная или базисная плотность): характеризует отношение массы сухого древесинного вещества к его объему.
2. Объемный вес (средняя плотность): определяет отношение массы структурированного физического тела во влажном состоянии к его объему.

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:

1. Выдержать измеряемый образец до влажности не менее 11 %.
2. Расчет размерных характеристик и веса деревянной заготовки.
3. На основе проведенных измерений производится расчет объема древесины. Заготовка увлажняется в дистиллированной воде в течение 3 суток, пока ее толщина не увеличится на 0,1 мм.
4. Повторно измеряются размер и вес увлажненной древесины. На основе новых данных производится расчет максимального объема.
5. Заготовка высушивается и повторно взвешивается. Масса сухого образца делится на максимальный объем. Результат вычислений будет являться базисной плотностью.
6. Повторно измеряется масса сухой заготовки. На основе этих значений вычисляется удельный вес древесины.

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:

1. Пористость: структура деревянных брусков имеет неоднородную структуру и состоит из большого количества пор. Чем больше пустых пространств в составе деревянной заготовки, тем меньше плотность ее материала.
2. Вес: чем больше вес бруска, тем больше его масса. Этот показатель напрямую связан с плотностью вещества. Чем тяжелее пиломатериалы, тем они более плотные.
3. Влажность: чем больше жидкости содержится в деревянном бруске, тем выше отношение массы материала к его объему. Этот показатель зависит от температуры окружающей среды и автоматически снижается при сушке дерева. При испарении влаги возможна механическая деформация деревянной заготовки.
4. Абсорбция: это свойство характеризует способность дерева поглощать влагу. Чем выше впитывающая способность материала, тем выше его плотность. Если древесина поглощает большое количество жидкости, то на поверхности бруска будет присутствовать малое число пор. Степень абсорбции выше на поперечном срезе бруска, где основные поры не закрыты.
5. Теплопроводность: характеризует способность вещества проводить тепловую энергию. Материалы с небольшой плотностью проводят тепло с меньшей интенсивностью. Это обусловлено большим количеством пор, заполненных кислородом. Они изолируют поверхность дерева от воздействия тепла. В результате материал нагревается в течение длительного промежутка времени. По этой причине в помещениях, где осуществляется термообработка материалов, используют пиломатериалы с высокой прочностью.
6. Горючесть: чем меньше отношение массы древесины к объему, тем быстрее она воспламеняется. Это связано с большим количеством пор, заполненных жидкостью. Мягкие породы древесины горят с наибольшей интенсивностью.
7. Прочность: при низкой плотности материал приобретает устойчивость к физическим деформациям. Крепкие бруски быстро раскалываются и изменяют свою форму при соударениях с инородными предметами.
8. Биологические факторы: пиломатериалы с высокой плотностью материала не поддаются гниению. Это обусловлено большим количеством пор, поглощающих влагу. При выдержке материала в дистиллированной воде можно улучшить его устойчивость к воздействию биологических факторов.

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:

Коэффициент Бринелля 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:

1. Абсолютно сухая: значение влажности составляет менее 25 %.
2. Воздушно-сухая (полусухая): влажность составляет от 25 до 35 %.
3. Сырая: значение влажности составляет свыше 35 %.

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:

1. По коэффициенту Бринелля: в поверхность бревна или бруска вбивается шарик из металлических материалов. Диаметр вставляемого предмета составляет не более 1 см. Степень нагрузки на шарик определяется по следующей формуле: F = K × D 2 . K – отношение массы материала к его объему, D – диаметр шарика. Глубина полученного отверстия измеряется. Для определения твердости нужно разделить длину образованной лунки и степень нагрузки на шарик.
2. По шкале Янка: в поверхность бревна или бруска вбивается стальной шарик с диаметром 11,3 см. После этого рассчитывается сила, с которой предмет был вдавлен в поверхность древесины. Важно, чтобы шарик углубился в заготовку на 50 % своего диаметра.
3. По шкале Роквелла: в поверхность дерева вбивается индентор, представляющий собой алмазный конус. Измеряется глубина проделанного отверстия. Полученный результат сравнивается с табличными значениями. Оценка твердости осуществляется при помощи единицы измерения HR, равной 0,0002 мм.

Основные методы расчета показателя твердости описаны в ГОСТ 16483.17-81. В справочных материалах величина этого показателя указывается в 1 кгс/мм 2 = 9,81 Н/мм 2 .

Источник

Плотность древесины: таблица, виды, от чего зависит, как определить

Плотность любого материала – это соотношение массы к занимаемому объему. Для любого материала это довольно важный параметр, так как он позволяет рассчитать различные виды нагрузок, сложность и затраты при транспортировке и другие факторы.

Однако в случае с древесиной не все так просто, так как у этого материал может быть различной. Зависит она как от породы дерева, так и от условий хранения.

Как определить плотность древесины

Плотность любого материала определяется по формуле: p=m/V или плотность равна массе, разделенной на объем. Эта величина выражается в дробных единицах измерения – кг/м. куб.

В определение плотности древесины возникает серьезный вопрос, так как этот материал является неоднородным. Он состоит из множества мелких волокон, которые, в свою очередь, состоят из пор. В зависимости от породы древесина может впитывать больше или меньше влаги.

Очевидно, что чем больше влаги впитывает древесина, тем тяжелее она становится.

От структуры древесины зависит и то, насколько быстро она высыхает, то есть отдает влагу обратно в атмосферу.

Сухое дерево всегда будет легче влажного, так как в его порах содержится воздух, а во влажной древесине – вода.

Зависимость плотности от влажности

Плотность напрямую зависит от массы. Получается, что влажное дерево при том же объеме будет весить больше, а значит иметь и большую плотность. Разница может быть весьма существенна, так как масса дерева занимает промежуточную позицию между массой воды и воздуха.

Интересно! Несмотря на то, что разные породы дерева имеют разные поры и структуру волокон, в своем общем строении волокна схожи. Поэтому в сухом виде большинство пород одного семейства, например, лиственных деревьев или хвойных, имеет схожую плотность. Принципиальное различие имеет плотность во влажном и полувлажном состоянии.

Влажность дерева зависит от многих факторов, а не только от самой породы или пористости волокон. К примеру, более ствол более молодого дерева всегда будет более влажным и плотным, чем древесина старого растения.

Что влияет на влажность древесины:

• влажность окружающего воздуха;
• пористость волокон древесины или их способности впитывать пары воды;
• условия, в которых хранится материал;
• смолистости древесины, так как подобные вещества препятствуют проникновению влаги.

Чтобы более точно рассчитывать плотность дерева, применяют несколько иную, более сложную формулу: плотность равна массе, помноженной на влажность, деленный на объем и снова помноженной на влажность.

Чтобы упростить расчеты за основу всегда берется сухое дерево, влажность которого не превышает 12%.

Стандартная плотность древесины рассчитывается именно от этого показателя влажности. Эта же цифра учитывается, когда разные породы деревьев сравниваются между собой. При этом для некоторых расчетов иногда учитывается и другая влажность, например, для перевозки дерева открытым способом.

Виды влажности древесины

Для удобства измерений и учета плотности дерева принято влажность делить на несколько видов:

• Полностью сухое дерево. Такая древесина имеет процент влажности не более 12%. Именно этот показатель берут за основу для определения общей или стандартной плотности и для сравнения пород между собой.
• Сухая древесина, которая имеет влажность от 12% до 25. Это материалы, которые некоторое время находились в помещении. Их легко обрабатывать и перевозить.
• Полусухая древесина с влажностью от 25% до 35%. Такими свойствами обладает дерево, которое хранится под навесом на улице.
• Сырое дерево. Влажность в пределах 35-50% имеет дерево, которое хранится под открытым небом или транспортируется таким же способом. Этот нюанс учитывают при перевозке.
• Влажный материал с содержанием воды более 50%. Обычно это стволы, которые только что срубили. Плотность здесь настолько большая, что их не транспортируют, а дают отлежаться и подсохнуть.

Эти нюансы влажности и плотности учитываются при транспортировке или хранении древесины.

Плотность сухой древесины

Стандартную плотность сравнивают у совершенно сухого дерева. При этом у разных типов пород она может также различаться. Обычно это зависит как от структуры волокон, так и от наличия смол, эфирных масел.

Для удобства расчетов и выбора материалов все дерево разделяют на три основные группы:

• малая плотность – менее 540 кг/м3;
• средняя плотность – от 540 до 740 кг/м3;
• высокая плотность – от 74- кг/м3.

Обычно хвойные сорта получаются менее плотными, а лиственные – более плотными и тяжелыми.

Плотность древесины разных пород — таблица

Так как у разных пород получается разная плотность древесины, то для удобства расчетов приведена таблица:

Дерево	Плотность кг/м. куб.
Мягкая древесина
Пихта	390
Ель	400
Тополь	400
Секвойя	410
Сосна	550
Ива	460
Ольха	490
Осина	510
Липа	530
Древесина средней плотности
Кипарис	600
Черемуха	610
Орех грецкий	640
Береза	650
Вишня	660
Вяз	660
Лиственница	660
Дуб	690
Плотные виды дерева
Граб	750
Ясень	750
Слива	800
Пекан	830
Венги	900
Олива	900

Что зависит от плотности древесины

Плотность дерева влияет на самые разные факторы и показатели. От этого зависят затраты на транспортировку, хранение, расчеты по возведению домов из бруса или бревна.

Факторы, на которые влияет плотность дерева:

• Общий вес материала, который учитывается при перевозке. От этого параметра рассчитывается сложность транспортировки, необходимые подъемки, транспорт и стоимость доставки.
• Вес строений из дерева и нагрузка на фундамент. Дома из ели, березы и дуба будут давать разную нагрузку на почву, а значит потребуются разные фундаменты. Степень усадки таких домов также будет различаться.
• Теплопроводность. Этот параметр учитывается при возведении или отделки бань, а также при выборе утеплителя для обычного дома. Древесина с меньшей плотностью хуже проводит тепло, поэтому она лучше подходит для строительства бань.
• Долговечность. Более плотная древесина меньше подвержена атакам насекомых, бактериальному и грибковому заражению.
• Возможность деформаций. Менее плотный материал имеет больше воздушных пор, а значит обладает большей абсорбцией – то есть впитывает больше влаги. Из-за этого он может выгибаться, распухать или, наоборот, ужиматься. Это учитывают, например, при отделке стен и пола в помещения с частым изменением влажности.
• Удобство в обработке. Неплотная древесина легко обрабатывается. Именно поэтому для деревянных поделок обычно используют такие породы, как пихта, ель, сосна или липа.
• Подверженность возгоранию. Лучше всего горит неплотное и сухое дерево. Поэтому для дров часто используют сосну, липу или березу и практически не используют дуб или акацию.

По этим причинам стандартную плотность древесины и возможность ее изменения учитывают многие мастера по дереву, строители, дизайнеры и сотрудники транспортных компаний.

Знание плотности древесины поможет выбрать нужный и удобный материал для отделки помещения или строительства дома, что принесет комфорт и удобство в дальнейшей жизни.

Источник