Щільність порід деревини

Щільність деревини – фізична властивість, що характеризує відношення маси сухого матеріалу до обсягу. Цей показник враховується під час перевезення, обробки та застосування дерева. Щільність деревини використовується під час проведення фізико-математичних розрахунків під час сортування пиломатеріалів.

Що таке густина деревини

Одиницею виміру щільності деревини є гм/см 3 або кг/м 3 (у системі СІ). Цей показник визначається за такою формулою: р = mb/Vb. Символ m означає масу матеріалу, b – параметр вологості, Vb – об'єм вологої речовини. Вирізняють такі види щільності деревини:

1. Питома вага (умовна чи базисна щільність): характеризує відношення маси сухої деревини до її обсягу.
2. Об'ємна вага (середня густина): визначає відношення маси структурованого фізичного тіла у вологому стані до його об'єму.

У деревині присутня велика кількість міжклітинних просторів, які називаються пустотами. Деревина виходить за допомогою спресування дерева. Внаслідок порожнечі повністю зникають. Щільність спресованої деревини менше питомої ваги деревини. Чим вище величина цього показника, тим міцніший матеріал. Деревина з великою питомою вагою важче обробляється і не просочується антисептиками.

Вимірювання щільності здійснюється за наступним алгоритмом:

1. Витримати вимірюваний зразок до вологості не менше 11%.
2. Розрахунок розмірних характеристик та ваги дерев'яної заготівлі.
3. На основі проведених вимірів провадиться розрахунок обсягу деревини. Заготівля зволожується в дистильованій воді протягом 3 діб, доки її товщина не збільшиться на 0,1 мм.
4. Повторно вимірюються розмір та вага зволоженої деревини. За підсумками нових даних проводиться розрахунок максимального обсягу.
5. Заготівля висушується та повторно зважується. Маса сухого зразка поділяється на максимальний об'єм. Результат обчислень буде базовою щільністю.
6. Повторно вимірюється маса сухої заготівлі. На основі цих значень обчислюється питома вага деревини.

Алгоритм обчислення цього показника зазначений у ГОСТ 16483.1-84. Проводити виміри рекомендується на заготовках у вигляді прямокутної лінзи. Довжина основи вимірюваного зразка повинна дорівнювати 20 мм, ширина – 20 мм, висота – 30 мм. Грані заготовки необхідно ретельно обробити перед вимірюванням густини деревини.

ГОСТ 16483.1-84 Деревина. Метод визначення густини

У більшості країн Європи замість щільності деревини використовується показник приросту. Він характеризує середню товщину верств зростання. Цей параметр використовується для розрахунку величини зміни обсягу дерева протягом деякого проміжку часу. Головною перевагою параметра приросту є легкість розрахунку, що дозволить знизити витрати на проведення математичних вимірів. На думку професійних фахівців, цей параметр не характеризує фізичні властивості деревини. Тому він не пов'язаний із щільністю речовини. У Російській Федерації показник приросту використовується центрами з експертизи та стандартизації лісоматеріалів.

Взаємозв'язок з іншими параметрами

Щільність деревини пов'язана з такими фізичними властивостями дерева:

1. Пористість: структура дерев'яних брусків має неоднорідну структуру і складається з великої кількості пір.Чим більше порожніх просторів у складі дерев'яної заготовки, тим менша щільність її матеріалу.
2. Вага: чим більша вага бруска, тим більша його маса. Цей показник безпосередньо пов'язаний із густиною речовини. Чим важчі пиломатеріали, тим вони щільніші.
3. Вологість: що більше рідини міститься у дерев'яному бруску, то вище ставлення маси матеріалу до його об'єму. Цей показник залежить від температури навколишнього середовища та автоматично знижується при сушінні дерева. При випаровуванні вологи можлива механічна деформація дерев'яної заготовки.
4. Абсорбція: ця властивість характеризує здатність дерева поглинати вологу. Чим вище здатність матеріалу, що вбирає, тим вище його щільність. Якщо деревина поглинає велику кількість рідини, то на поверхні бруска буде присутня мала кількість пір. Ступінь абсорбції вищий на поперечному зрізі бруска, де основні пори не закриті.
5. Теплопровідність: характеризує здатність речовини проводити теплову енергію. Матеріали з невеликою густиною проводять тепло з меншою інтенсивністю. Це зумовлено великою кількістю пір, заповнених киснем. Вони ізолюють поверхню дерева від дії тепла. В результаті матеріал нагрівається протягом тривалого часу. З цієї причини у приміщеннях, де здійснюється термообробка матеріалів, використовують пиломатеріали з високою міцністю.
6. Горючість: що менше ставлення маси деревини до обсягу, то швидше вона запалюється. Це пов'язано з великою кількістю пір, заповнених рідиною. М'які породи деревини горять із найбільшою інтенсивністю.
7. Міцність: при низькій щільності матеріал набуває стійкості до фізичних деформацій.Міцні бруски швидко розколюються і змінюють свою форму при зіткненнях з сторонніми предметами.
8. Біологічні фактори: пиломатеріали з високою густиною матеріалу не піддаються гниття. Це обумовлено великою кількістю пір, що поглинають вологу. При витримці матеріалу у дистильованій воді можна покращити його стійкість до дії біологічних факторів.

Однією з головних властивостей, пов'язаних із щільністю, є твердість деревини. Вона характеризує здатність дерева витримувати сильні навантаження. Чим більша об'ємна вага дерев'яного бруска, тим більша його твердість. М'які породи мають високу теплопровідність і не піддаються механічним деформаціям. Тверда деревина спалахує з меншою інтенсивністю.

Твердість визначається тестом за Брінеллем. Для здійснення розрахунків потрібна металева кулька діаметром 1 мм. Він вдавлюється у поверхню дерев'яної заготовки. Зроблений отвір вимірюється за допомогою лінійок і штангенциркулів. Глибина вимірюваної лунки є коефіцієнтом Брінелля, що використовується для оцінки твердості матеріалу.

При самостійному визначенні коефіцієнта Брінелля можуть виникнути похибки, що призведе до неточності вимірювання. Тож оцінки стійкості матеріалу застосовується таблиця твердості різних порід деревини:

Таблиця жорсткості використовується на промислових підприємствах. Вона дозволяє працівникам вибрати оптимальні матеріали щодо фізико-математичних вимірів.

Залежність від вологості

Вологість деревини є одним з основних параметрів, що впливають на щільність цього матеріалу. За наявності великої кількості вологи підвищується вага бруска. Внаслідок цього маса заготівлі збільшується. Тому щільність дерева, де відсутня волога, нижча. Вологі зразки мають високу міцність та твердість.

Виділяють 3 основні категорії деревини з вологості:

1. Абсолютно суха: значення вологості не перевищує 25 %.
2. Повітряно-суха (напівсуха): вологість становить від 25 до 35%.
3. Сирий: значення вологості становить понад 35%.

Вологість свіжозрубаної деревини становить не менше 50%. Тому сировина піддається природному сушінню під навісом. Ця процедура дозволяє знизити кількість вологи до 25%. Для подальшого зниження цього показника потрібно помістити дерево в сушильні камери. Вимір можна проводити при вологості не більше 12%.

Вимірювання показника твердості

Для визначення твердості використовуються 3 основні методи:

1. По коефіцієнту Брінелля: у поверхню колоди або бруска вбивається кулька із металевих матеріалів. Діаметр предмета, що вставляється, становить не більше 1 см. Ступінь навантаження на кульку визначається за такою формулою: F = K × D 2 . K – відношення маси матеріалу до його об’єму, D – діаметр кульки. Глибина отвору вимірюється. Для визначення твердості потрібно розділити довжину утвореної лунки та ступінь навантаження на кульку.
2. За шкалою Янка: у поверхню колоди або бруска вбивається сталева кулька з діаметром 11,3 см.Після цього розраховується сила, з якою предмет був утиснутий у поверхню деревини. Важливо, щоб кулька заглибилася в заготовку на 50% свого діаметра.
3. За шкалою Роквелла: у поверхню дерева вбивається індентор, що є алмазним конусом. Вимірюється глибина виконаного отвору. Отриманий результат порівнюється із табличними значеннями. Оцінка твердості здійснюється за допомогою одиниці виміру HR, що дорівнює 0,0002 мм.

Основні методи розрахунку показника твердості описані у ГОСТ 16483.17-81. У довідкових матеріалах величина цього показника вказується в 1 кгс/мм2 = 9,81 Н/мм2.

Щільність деревини - що це означає, як визначити у різних порід, види, таблиця, від чого залежить

З багатьох будівельних матеріалів, що існують на сьогоднішній день, особлива перевага по праву віддається деревині. p align="justify"> Серед найважливіших її характеристик найбільш значущою є щільність деревини.

Це поняття з'явилося ще у 18 столітті у роботах французьких учених – систематика Жоржа Бюффона та основоположника лісового господарства Дюамеля дю Монсо. Їхній інтерес до проблеми був викликаний бажанням встановити критерії якості деревини.

Щільність деревини та деревини

Розділивши масу деревини на об'єм, що займає нею, отримують щільність (p = m/V), одиниця вимірювання кг/м3 або г/см3. Це маса одиниці обсягу, вагова характеристика, яка говорить про якість та цінність деревних матеріалів.

До складу деревини входять клітини провідної та механічної тканин, що мають різну форму, розмір, розташування. Судини листяних рослин – мертві клітини, порожнини яких заповнені повітрям, що надає пористості. У хвойних рослин провідними елементами є трахеїди.

Усунути велику кількість повітряних порожнин можна, спресувавши деревину. При цьому зменшиться обсяг і збільшиться щільність речовини, яку називають деревною.

Склад стінок всіх рослинних клітин подібний (целюлоза, геміцелюлоза та лігнін), тому щільність пресованої речовини однакова і приймається 1530 кг/м3.

Види деревної густини

Оскільки щільність істотно залежить від вологості, її вимірюють у вологому стані, абсолютно сухому стані і при стандартній вологості.

Розділивши масу сухої (абсолютно) деревини на об'єм, займаний максимально набряклою деревиною (при вологості 30% і більше) обчислюють базову щільність.

Часто її називають питомою вагою. Чим вище питома вага, тим складніше будь-яка обробка деревини. Так як для вимірювання береться деревина, а не натуральний природний матеріал, то цей показник має більше теоретичне значення.

У довідкових таблицях даються значення густини при стандартній вологості, а густину називають стандартною. Після 1970 вимір проводиться при 12% вологості (раніше - 15%).

Механізм вимірювання стандартної густини

Процедура, описана в ГОСТ 16483.1-84, є складною та трудомісткою, потребує необхідного обладнання та часу. Вона зводиться до наступного.

Прямокутний зразок розміром 20 мм на 20 мм і висотою 30 мм висушують до 12% вологості, вимірюють і обчислюють його об'єм. Далі суха заготовка вимочується три доби в дистильованій воді для набухання і вимірюється знову отриманий максимальний обсяг.

Вторинна тривала сушіння матеріалу та чергові розрахунки дають можливість визначити щільність (базисну) шляхом розподілу маси висушеного зразка на виміряний об'єм.

Процедуру вимірювання густини проводять заготівельники або постачальники, а споживачі з урахуванням своїх запитів вибирають матеріал необхідної густини.

Іноді визначають відношення маси деревини до маси води, що витісняється нею, зване відносною щільністю деревини, вона безрозмірна.

У разі самостійної заготівлі матеріалу для того, щоб дізнатися середню густину, можна скористатися таблицями.

Класифікація за густиною деревини

Коливання стандартної щільності деревини дуже широкі: від 120-160 кг/м3 у найлегшого дерева бальси до 1280 кг/м3 у бакауту та 1400 кг/м3 у зміїного дерева.

Прийнято поділ деревини на породи малої, середньої та високої щільності. Однак, які виросли в різних умовах середовища, однакові породи мають широкий діапазон щільностей і їх важко впевнено віднести до якоїсь групи.

Наприклад, нижній показник густини вишні (490) і вільхи (380) дає підставу вважати їх породами з малою густиною, а верхній показник 670 і 640 (відповідно) – до групи середньої густини. Аналогічно у евкаліпта, граба та бука, тільки віднести їх можна до груп середньої та високої щільності.

До 540 кг/м3 – мала щільність

Більшість дерев вітчизняних лісів, особливо хвойних, належать до цієї групи. Це пов'язано з нестачею вологи, а як наслідок формуванням деревини з невисокою вологістю та легшою.

До цієї категорії відносять деревину: ялинову та соснову (400-500), ялицеву (390-430), липову (320-650), вербову (460), тополину (400-500).

Достоїнство цієї деревини в тому, що її простіше заготовляти і транспортувати, вона більш дешева і легше обробляється, має опірність до деформації. Однак міцність такої деревини менша.

550 – 740 кг/м3 – середня щільність

Саме її можна називати «золотою серединою», деревина не надто важка, але має достатню міцність, добре обробляється та чудово використовується в декоративних цілях.

Деревина середньої щільності у досить поширених дерев: модрини (550-590), тиса ягідного (710), берези (650), бука (650-700), груші (690), клена (530-790), горобини (550-740) ), яблуні (650-730).

Більше 750 кг/м3 – висока щільність

У акації білої (650-1050), граба (750), самшиту (830-1100), саксаула (1040), фісташки (860), деревина має високу щільність. До цієї групи належать деякі червоні дерева: мербау, керуінг, палісандр.

Така деревина цінується своєю міцністю та зносостійкістю, довговічністю. Вона мало деформується при навантаженні і слабо схильна до гниття. До недоліків можна віднести те, що вона важка, гірше обробляється інструментами та антисептиками, має високу вартість.

При обробці дуже щільної деревини необхідно витратити більше часу і доведеться частіше заточувати інструменти.

Що впливає на густину деревини

Коливання величини густини різних видів деревини - результат впливу умов проростання, будови деревини, віку та виду дерев. Наприклад, листяні дерева та рослини тропіків мають більш щільну деревину, ніж хвойні. Виняток становить модрина та рідкісні види сосен.

Анатомічна будова

Зміни густини спостерігаються всередині стовбура. Для більшості хвойних рослин щільність деревини, що прилягає до серцевини, вища. Особливо різниця спостерігається між комлевою, серединною та верхівковою деревиною.

У сосни та берези у напрямку до вершини різко зменшується щільність, а у ялини та осики деревина верхівкова може бути щільнішою. Але певної залежності немає, зміни у різних дерев можуть сильно варіювати.

Рання та пізня деревина

За рахунок освітньої тканини камбію щороку відбувається приріст деревини. Інтенсивність зростання висока наприкінці весни і на початку літа, великі широкі судини служать щодо води. Пористість весняної деревини вища, а щільність менша. Ближче до осені зростання сповільнюється, судини стають меншими, пористість зменшується і деревина, що утворюється, приблизно в два з половиною рази щільніше весняної.

Чергування пористої світлої ранньої та темної щільної пізньої деревини надає шаруватості поперечного спилу дерева, а їх співвідношення впливає на щільність деревини. Особливо цей вплив виражений у хвойних рослин. Залежність тут пряма: що більше пізньої деревини, то щільність матеріалу вище.

Вологість

Це один із ключових параметрів, що впливають на її щільність. Залежно від кількості вологи в деревині її поділяють на категорії:

• сира - більше 35% вологи, до цієї групи відноситься і щойно зрубана (не менше 50%)
• напівсуха - від 25% до 35% вологи
• суха деревина (абсолютно) – вологість до 25%.

Інші фактори

Також цей параметр залежить від віку: чим дерево старше, тим більша його щільність. Для сосен віку понад 80 років середня густина досягає максимуму.

Від здатності деревини вбирати вологу з повітря – абсорбція залежить щільність. Високі показники абсорбції збільшують густину.

Дерева одного виду, що виросли в регіонах з різною вологістю, можуть відрізнятися щільністю.

Вплив густини на властивості

Міцність

Здатність чинити опір різним механічним навантаженням, не руйнуючись, звана міцністю, збільшується зі зростанням щільності деревини. Більш важка, отже, щільна деревина є міцнішою.

Твердість

Ця властивість, залежна від густини, говорить про здатність дерева витримувати сильні навантаження. При збільшенні об'ємної ваги бруска дерева збільшується його твердість.

Тверду деревину складніше обробляти, але її використовують там, де потрібна особлива міцність.

Теплопровідність

За показником щільності можна будувати висновки про теплопровідності. Велика кількість повітряних порожнин у нещільної деревини знижує теплопровідність, а щільніша деревина краще проводить тепло. Деревина високої щільності має слабку теплоізоляцію і навпаки.

У цілому нині теплопровідність деревини невелика. Сени з дерева накопичують тепло і перевершують цеглу.

Горючість

Щільна деревина містить більшу кількість води, що перешкоджає розповсюдженню вогню. Менш щільна пориста деревина горить досить добре.

Щільність деревини має практичне значення, що дозволяє вибрати для кожної мети відповідні породи, способи обробки та інструменти, розрахувати навантаження, спрогнозувати довговічність виробів або будівель.

Немає однозначної відповіді на питання, яка деревина краща. Це залежить від того, де і як ви збираєтеся використовувати її. Це тільки на перший погляд здається, що дерево легше за воду. Але далеко не вся деревина підходить для будівництва кораблів.

Кожен вид деревини, створений природою, має свої властивості, переваги та недоліки. Вибір за вами!

Щільність деревини: що це таке, від чого залежить, як визначити зведена таблиця для різних порід (дуба, сосни, ялини, берези)

Численні матеріали підпорядковуються законам фізики. Це стосується як природних, так і штучних речовин. Однією з важливих характеристик є їхня щільність, завдяки якій виявляються кращі зразки.

Класичним матеріалом у будівництві виступають породи дерева: величина параметра конкретного типу виявляє, чи він підходить для використання.

Що таке густина деревини

Під цією характеристикою розуміється величина, що визначає відношення маси сухого об'єкта для його обсягу. Значення показника враховується усім «циклах життя» (перевезення, обробка, безпосереднє застосування). Сортування пиломатеріалів є найбільш зручним випадком для розрахунків параметра.

Докладніше про характеристику

Одиницею виміру у системі СІ виступають грами на кубічний сантиметр (кілограми на кубічний метр).

Формула виконання розрахунків така: p = mb/Vb (m – маса матеріалу, b – показник вологості, VB – обсяг вологого предмета).

Параметр поділяється на два види:

• Питома вага (маса субстанції належить до її обсягу).
• Об'ємна вага (вага зволоженого фізичного тіла до об'єму).

Деревині властиво мати пористу структуру завдяки наявності характерних порожнин. У процесі виробництва матеріал формують під пресом, усуваючи внутрішні «прогалини».

Результат - зниження щільності сформованих об'єктів порівняно з питомою вагою речовини. Закон «що вище величина цього показника — тим більша підсумкова міцність» справедлива для речовин.

Елементи з істотною питомою вагою найважче обробляти; вони також не піддаються впливу спеціальних розчинів на зразок антисептиків.

Як розраховувати щільність деревини

Вимірювання щільності деревини передбачає виконання наступних операцій:

1. Надати зразку мінімальну вологість 11%.
2. Провести вимірювання габаритних характеристик (довжина, ширина, товщина) і маси заготовки, що випробовується.
3. Використовуючи отримані дані, виконати підрахунок обсягу. Точний результат виходить, коли предмет поринає в очищену воду на 72 години (за цей час товщина зростає на одну десяту міліметра).
4. Повторити розрахунки з третього пункту, а потім вказати максимальний обсяг.
5. Висушити заготівлю та знову підрахувати вищезазначені параметри. "Суха" величина маси поділяється на граничний обсяг - в результаті виходить базова щільність.
6. Повторити попередній пункт, потім обчислити питому вагу.

Порядок роботи визначено державними стандартами. Заготовки повинні мати витриману форму (прямокутна лінза). Габарити "довжина, ширина, висота" становлять 2x2x3 сантиметри, а грані предмета обробляються.

Західний підхід

Європейська частина світу використовує іншу величину замість густини — показник приросту, що визначає «додаток» до середньої товщини шарів. Характеристика застосовується при розрахунках обсягу речовини, що змінюється з часом.

Потрібний параметр легше визначати в порівнянні з вищеописаним алгоритмом. Фахівці відзначають, що робота, що виконується, в жодному разі не зачіпає властивості самої деревини — відповідно, вона не пов'язана з щільністю.

Показнику приросту також «російське застосування»: його вираховують з метою стандартизації природних матеріалів.

Взаємозв'язок із низкою характеристик

Щільність не є індивідуальною властивістю. Вона "об'єднується" з набором наступних параметрів:

1. Пористість. Класичні бруси не є однорідними «з'єднаннями» - усередині них є численні «прогалини», здатні вбирати рідину. Величезна кількість часів має на увазі менший показник вищевказаного якості.
2. Маса. Вона визначається виходячи з граничної ваги елемента, а також взаємопов'язана безпосередньо з щільністю.
3. Вологість. Високий вміст рідини має на увазі зростання ставлення попереднього пункту до обсягу. Умови довкілля (літня сонячна погода, опади, негативні температури взимку) безпосередньо впливають такий показник. Його можна знижувати шляхом висушування. Випаровування вологи означає деформацію заготівлі.
4. Поглинання води (абсорбція). Чим воно вище, тим більша сама щільність матеріалу. Всмоктування суттєвих об'ємів рідини означає скорочену кількість пір. Саме на поперечному зрізі бруска показник абсорбції досягає максимальних значень.
5. Теплопровідність – здатність проводити енергію. Найменший показник перекладається як скорочена інтенсивність (описані вище пори заповнюються киснем, що «блокує» потік тепла). Сам матеріал проходить тривале нагрівання. Під час будівельних робіт перевага віддається породам деревини, що мають високу міцність.
6. Здатність до займання (горючість). Низькі результати рівняння «маса деревини, розділена на об'єм» обертаються швидкою реакцією на джерела відкритого полум'я (виною тому ті самі «прогалини», що заповнюються киснем). Імовірність горючості збільшується з м'якістю порід.
7. Міцність.Чим нижче щільність, тим вище стійкість до деформацій на кшталт вм'ятин або подряпин. В іншому випадку елементи здатні розколюватись або змінювати форму під впливом граничних навантажень.
8. Протистояння біологічним організмам (цвіль, грибок, комахи, що виточують нори). Більший показник – менша ймовірність гниття. Витримка матеріалу в очищеній воді «загартує» речовину.

Докладніше про твердість деревини

Подібна особливість є однією з найважливіших. Завдяки їй деревина здатна витримувати граничні навантаження; Розмір параметра залежить від маси об'єкта. М'які породи не піддаються деформаціям, а тверді запобігають займанню.

Тест з Брінеллю - процедура, що дозволяє вимірювати твердість дерева. Всередину вибраної заготовки продавлюється металева кулька (діаметр - 1 міліметр). Отриманий отвір вимірюється лінійками та циркулем. Коефіцієнт Брінелля визначається виходячи з глибини лунки, залишеної кулькою.

Цей підхід має один аспект: обчислення параметра «в домашніх умовах» супроводжується похибками. У зв'язку з цим експерти занесли результати до спеціальної таблиці.

Порівняльна характеристика твердості порід

Нижче наводиться список видів деревини з точним коефіцієнтом Брінелля, вказаним у кілограмах на кубічний міліметр.

Популярні матеріали такі:

• Ялина - 1,3. "Ареал" проростання обмежується Північною півкулею. Матеріал має неоднорідний колір, а також низьке поглинання рідини. Через ці властивості порода підходить для будівництва.
• Сосна - 1,6. Географічна складова аналогічна до попереднього пункту. Знижена теплопровідність доповнюється стійкістю до відкритого вогню.Для приміщень з перепадами температур такий варіант незамінний.
• Вільха - 3. Тонка структура означає вразливість перед деформаціями. Сфера застосування обмежується створенням паркету для підлоги.
• Береза ​​– 3,3. Витримує вплив підвищених температур. Застосовується винятково для декоративних рішень інтер'єру.
• Граб - 3,5. Висока міцність доповнюється скрученою «начинкою».
• Вишня – 3,6. У порівнянні з перерахованими вище варіантами вона легко піддається обробці.
• Бук - 3,8. Матеріал аналогічний попередньому пункту через м'яку фактуру.
• Дуб - 3,8. Легко витримує граничні навантаження та довговічний. Незамінний для дощатої підлоги.
• Ясен - 4,1. Ще один матеріал, що легко обробляється, зручний при виготовленні спортивного інвентарю.
• Бамбук - 4,7. «Ексклюзив» з Китаю та Південно-Східної Азії, що чудово вбирає вологу та стійкий до температурних перепадів. З бамбук виготовляють склади традиційної медицини.
• Клен - 4,8. Незважаючи на підвищену вразливість перед тріщинами, використовується для меблевих гарнітурів.
• грецький горіх - 5. Ще один «медичний» матеріал, що володіє збільшеною вологістю і підвищеною міцністю.
• Акація - 7,1. «Преміальна» порода, що застосовується для паркету та меблів.