Дерево плотностью 700 кг м3

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

В физике есть понятие, при котором удельный вес древесины рассчитывается с пустотами и без них, как для объемного цельного физического объекта. Вещество, входящее в состав дерева, практически не зависит от разных пород. Справочники используют расчетное значение 1,54 г/см 3 . Таким образом в 1 м 3 плотно сжатого вещества без оставления пустот будет 1540 кг материала.

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:

• Малая – ниже 530 кг/м 3 . К данной группе деревьев относится много промышленных хвойных пород, например, ель, сосны, кедровые сорта, все сорта лип и ив, а также посевной каштан, подавляющее большинство осиновых сортов, белый и серый орехи.

Ангарская сосна хотя и считается эталонной по твердости, на самом деле относится к неплотным породам древесины

• Средняя – не более 740. Группе соответствует плотность березы сухой повислой, всех разновидностей лиственницы, популярные сорта груши, бука и вяза. Обязательно стоит включить сорта лещины, кленов известных разновидностей, рябины, хурмы и яблонь разных сортов. Не будет список полным без грецкого ореха и обыкновенного ясеня.

Показатель удельной плотности березы повислой относится к средней группе

• Плотная – от 740 и далее. Плотность дров данной группы является востребованной для прочных долговечных конструкций. Не зря сюда причисляют железное дерево, самшитовое и фисташковое. Список окажется неполным без белой акации, граба и каштанолистного дуба.

Изготовленные из дуба мебель, напольные покрытия выдерживают многолетнюю эксплуатацию

Для справки стоит знать, что популярная таблица плотности древесины различных регионов включает такие экзотические материалы как бальса, которая обладает весьма уникальным значением в 0,15 г/см 3 . Это в 4 раза меньше сопоставимого объема высушенной березы. Если сравнивать с елью, которая 2,5 раза тяжелее, то структура экваториальной экзотики также выигрывает.

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

Источник

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