Плотность пород древесины. Как определить плотность древесины?

Формулы должны применяться в тех случаях, когда истинное значение коэффициента набухания не удается установить с высокой точностью в процессе испытаний. Если на момент проведения испытаний содержание влаги в древесине превышает 30 %, то необходимо провести пересчет определенной плотности в показателе p15, используя следующие формулы: для таких пород, как белая акация, береза, бук, ель и сосна.

Плотность пород древесины: таблица, метод определения

Плотность древесины и её физическое состояние варьируются в зависимости от различных методов определения. В зависимости от источников, плотность древесины колеблется в диапазоне от 1,499 до 1,564 г/см³, и в среднем составляет около 1,54 г/см³.

Одна из основных формул для определения плотности древесины выглядит следующим образом:

Где: pw — плотность древесины при определенной влажности W, выраженная в кг/см³; mw — масса образца древесины при влажности W, в кг; Vw — объем древесины при влажности W, в м³.

При экспериментальном определении плотности древесины используется образец в форме прямоугольной призмы. Размеры основания такие: 20 × 20 мм, а высота вдоль волокон составляет 30 мм. Массу образца следует определять с помощью рычажных весов с точностью до 0,001 г.

Объем образца можно определить двумя способами: с помощью трех линейных измерений (ширина, толщина и высота) или с использованием волюметра. Необходимо также учитывать содержание влаги в образце на момент испытания, и в некоторых случаях также вычислять коэффициент объемного набухания.

Для определения объема по первому методу размеры ширины и толщины измеряются в средней части высоты, в то время как высота определяется между средними точками днищ. Измерения должны выполняться с применением необходимых измерительных инструментов, таких как микрометр или толщиномер, и с точностью до 0,01 мм. После измерения, объем образца рассчитывается в кубических метрах как произведение всех трех измеренных параметров.

Точность определения объема образца по описанному методу зависима от его формы. Если форма древесного образца значительно отличается от прямоугольного параллелепипеда, это может привести к уменьшению точности.

В случае использования волюметра, форма образца не играет роли, поскольку прибор измеряет объем несмачиваемой жидкости, вытесненной образцом после погружения в нее. Объем образца рассчитывается с точностью до 0,01 см³, используя следующую формулу:

где n — значение одного деления круговой шкалы на ободе.

Подставляя в формулу полученные значения mw и Vw, можно вычислить плотность, округляя результат до 1 кг/м³. Следует отметить, что плотность древесины значительно зависит от содержания влаги. Обычно в справочниках результаты по плотности древесины представлены при влажности 15 %.

В ряде случаев проводятся расчеты на основе плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Нередко требуется использовать значения плотности для различных условий влажности.

Эти значения могут быть определены экспериментально на основании массы и объема образца, соответствующего заданному содержанию влаги.

Тем не менее, часто достаточно высчитать плотность при любом содержании влаги, нижнем или верхнем относительно предела гигроскопичности, а затем применять формулы преобразования для получения сначала p15, а затем нужного значения плотности при конкретном содержании влаги. Если содержание влаги в образце находится между нулем и пределом гигроскопичности (т.е. меньше 30%), плотность при 15% влажности может быть вычислена по следующей формуле:

где p15 — плотность древесины при влажности 15 %; pw — плотность древесины на момент испытания; W — влажность образца в диапазоне от 0 до 30 %; Kr.ob — коэффициент объемного набухания в %. Предполагая, что Kp.ob для древесины белой акации, березы, бука, сосны и ели в среднем составляет 0,6, из формулы можно получить следующее выражение:

От чего зависит плотность древесины в зависимости от породы – таблица и рекомендации

При глубокое изучении доступной информации в интернете по этому вопросу можно обнаружить, что одно и то же утверждение, встречающееся в различных источниках, может быть в явном противоречии само с собой. Например, существует множество расхождений в оценках плотности древесины в зависимости от ее породы. Одни источники уверяют, что корреляция существует, тогда как другие категорически отвергают ее.

Перед тем, как углубиться в понимание этого свойства, приведём типичные таблицы плотности древесины и исследуем, кто прав, а также насколько важно это для рядового потребителя.

Плотность древесины является одним из ключевых показателей полезной ценности материала. Более высокое числовое значение плотности свидетельствует о большей прочности древесины. При использовании древесины в качестве топлива, более плотные виды сгорают медленнее и более экономичны, что настоятельно рекомендуется, например, для отопительных систем.

Данная проблема особенно актуальна, если речь идет о намерении использовать материал с разными формами его переработки. При строительстве (или реконструкции) древесина выбирается с учетом этой характеристики и прочности. Существует множество возможностей применения древесины, однако данное свойство, плотность, заслуживает самого пристального внимания.

От чего зависит плотность древесины

Это довольно обширная тема, но она в основном интересует специалистов. Автор предполагает, что знаний читателя о ключевых факторах, влияющих на плотность древесины, вполне достаточно.

• Условия произрастания.
• Порода.
• Степень влажности образца.
• Часть дерева, из которой измерена плотность (ствол, ветки).

Поскольку не всегда известно, какую древесину и для каких целей намеревается приобрести читатель, автор посчитал нужным упомянуть в статье несколько типичных таблиц. В них вы сможете найти не только значения плотности, но и другие характеристики, которые могут представлять практический интерес.

Чтобы облегчить понимание темы плотности древесины, следует разбить все породы на группы. Значения плотности для образцов в пределах одной группы, как правило, схожи.

Предоставляемая информация касается некоторых древесных пород, произрастающих на территории России.

Категорирование древесины по значению плотности (кг/м³)

Малая плотность

* Сало — это моногенное растение семейства сосновых. Один из самых распространенных видов деревьев в России.

Таблица плотности (удельного веса) древесины

Плотность (удельный вес) древесины, как правило, весьма изменчивая величина. Плотность древесины может изменяться в широких пределах даже для одной породы. Значения плотности (удельного веса) древесины следует рассматривать как обобщенные цифры. Конкретные значения плотности древесины в практических ситуациях могут отличаться от усредненных значений в таблицах и это не следует считать ошибкой.

Таблица плотности рубленой и измельченной древесины.

Таблица плотности (удельного веса) древесины в зависимости от породы дерева

(продолжение от «Удельный вес (плотность) древесины»)

«Справочник по массам авиационных материалов» изд. «Машиностроение» Москва 1975 г.	Коломинова М.В., Методические указания для студентов специальности 250401 «Лесоинженерное дело», Ухта УГТУ 2010г
Порода дерева	Плотность древесины, (кг/м3)	Предел плотности древесины, (кг/м3)	Плотность древесины, (кг/м3)	Предел плотности древесины, (кг/м3)
Эбеновое (чёрное)	1260	1260	—	—
Бакаутовое (железное)	1250	1170-1390	1300	—
Дуб	810	690-1030	655	570-690
Красное дерево	800	560-1060	—	—
Ясень	750	520-950	650	560-680
Рябина (дерево)	730	690-890	—	—
Яблоня	720	660-840	—	—
Бук	680	620-820	650	560-680
Акация	670	580-850	770	650-800
Вяз	660	560-820	620	535-650
Граб	—	—	760	740-795
Лиственница	635	540-665	635	540-665
Клён	650	530-810	655	570-690
Берёза	650	510-770	620	520-640
Груша	650	610-730	670	585-710
Каштан	650	600-720	—	—
Кедр	570	560-580	405	360-435
Сосна	520	310-760	480	415-505
Липа	510	440-800	470	410-495
Ольха	500	470-580	495	430-525
Осина	470	460-550	465	400-495
Ива	490	460-590	425	380-455
Ель	450	370-750	420	365-445
Верба	450	420-500	—	—
Орех лесной	430	420-450	—	—
Орех грецкий	—	—	560	490-590
Пихта	410	350-600	350	310-375
Бамбук	400	395-405	—	—
Тополь	400	390-590	425	375-455

Плотность пород древесины

Плотность древесины — это физическое свойство, которое описывает соотношение между массой сухого материала и его объемом. Данная характеристика имеет важную актуальность при транспортировке, обработке и использовании древесины, а также при различных физических и математических расчетах, касающихся сортировки древесных материалов.

Что такое плотность древесины

Плотность древесины измеряется в г/см³ или кг/м³ (в соответствии с SI). Установить это значение можно по формуле: p = mb/Vb. В данной формуле m обозначает массу древесины, b — влажность, Vb — объем материала. Плотность древесины можно подразделить на следующие категории:

1. Удельный вес (условная или базисная плотность): это соотношение массы сухого древесинного вещества к его объему.
2. Объемный вес (средняя плотность): это соотношение массы древесины во влажном состоянии к её объему.

В древесине есть значительное количество межклеточных пространств, которые называют пустотами. Прессованное древесное вещество получается в результате удаления всех пустот. Плотность прессованной древесины заметно ниже, чем у обычной древесины. Чем выше плотность, тем прочнее материал. В то же время древесина с высоким удельным весом оказывается более сложной в обработке и может плохо пропитываться консервантами.

Ниже представлен алгоритм для измерения плотности древесины:

1. Для начала необходимо довести образец до влажности не менее 11 %.
2. Следующий шаг — это расчет размеров и веса деревянной заготовки.
3. На основании проведенных измерений вычисляется объем древесины. Для этого заготовка увлажняется в дистиллированной воде на срок до 3 суток, пока её толщина не увеличится на 0,1 мм.
4. После этого стойкий к воде образец повторно измеряется на размер и вес. На основании новых данных производится расчет максимального объема.
5. Затем заготовка высушивается, и ее масса снова измеряется. Полученная масса сухого изделия делится на максимальный объем. В результате данных вычислений определяется базовая плотность.
6. После высушивания образца снова измеряются масса и размер, что используется для определения удельного веса древесины.

Алгоритм для измерений указан в ГОСТ 16483.1-84. Рекомендуется проводить измерения на заготовках в форме прямоугольной линзы. Размеры основания должны быть 20 мм на 20 мм, а высота — 30 мм. Перед началом измерений краевые участки древесины должны быть аккуратно обрезаны.

ГОСТ 16483.1-84 Древесина. Метод определения плотности

Во многих европейских странах вместо плотности древесины часто используется скорость роста как ключевой параметр. Этот показатель описывает среднюю толщину слоев роста и может быть использован для расчета изменений объема деревьев за определенный период. Одним из главных преимуществ скорости роста является наглядность и простота его расчета, что существенно снижает стоимость измерений. Специалисты обращают внимание, что данный параметр не способен полностью отразить физические свойства материала и не является связующим с плотностью. Тем не менее, в Российской Федерации индекс роста активно используется центрами испытаний и стандартизации древесины.

Взаимосвязь с другими параметрами

Плотность древесины находится в тесной связи с такими физическими свойствами древесины, как:

1. Пористость: структура деревянных брусков имеет неоднородную структуру и состоит из большого количества пор. Чем больше пустот в древесном составе, тем меньше плотность материала.
2. Вес: чем больше вес бруска, тем больше его общая масса. Этот параметр напрямую связан с плотностью. Более тяжелые пиломатериалы обладают большей плотностью.
3. Влажность: с увеличением содержания жидкости в древесине, соответственно увеличивается и показатель относительного веса материала. Этот параметр подвержен влиянию окружающих условий и автоматически снижается при сушке. Испарение влаги может вызовет механическую деформацию древесной заготовки.
4. Абсорбция: это качество обозначает способность древесины впитывать влагу. Чем выше впитывающая способность материала, тем выше его плотность. В случае, если древесина поглощает много жидкости, число пор на её поверхности явно уменьшается. Уровень абсорбции обычно верхний на поперечном срезе образца, где большая часть пор остается открытой.
5. Теплопроводность: отражает способность материала проводить тепловую энергию. Чем меньше плотность вещества, тем менее эффективно оно проводит тепло. Данное свойство объясняется наличием большего числа пор, заполненных воздухом, что изолирует древесину от внешних источников тепла. Результатом этого может быть замедление прогревания материала.
6. Горючесть: при низкой плотности древесина легко воспламеняется. Это связано с большим количеством пор, в которых может накапливаться воздух. Мягкие породы древесины, как правило, имеют более высокую горючесть.
7. Прочность: низкая плотность делает материал более предрасположенным к физическим изменениям формы. Устойчивые, плотные бруски менее восприимчивы к механическим повреждениям.
8. Биологические факторы: более плотно упакованные пиломатериалы менее подвержены гниению. Древесина с высоким плотностным индексом, как правило, содержит меньше порозностей, что делает ее менее восприимчивой к образованию плесени и механическим повреждениям.

Одним из самых значительных характеристик, связанных с плотностью, является твердость древесины. Эта характеристика определяет способность древесины выдерживать нагрузки. Чем выше объемный вес деревянного бруска, тем большей будет его твердость. Древесина хвойных пород, как правило, характеризуется высокой теплопроводностью и меньшей механической деформацией. Лиственная древесина подходит для применения там, где требуется более высокая прочность, но она также может легче воспламеняться.

Твердость древесины измеряется по методу Бринелля. Для этого используется металлический шарик диаметром 1 мм, который необходимо прижать к поверхности древесины. Полученное углубление измеряется с помощью линейки и толщиномера. Глубина этого углубления соответствует коэффициенту Бринелля и используется для определения твердости материала.

При самостоятельном вычислении коэффициента Бринелля возможны ошибки, которые приводят к неправильным показателям. Важность стандартизации подчеркивается наличием таблиц твердости для различных 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 и 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 для изготовления 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 теплоизоляцию и менее подвержена горению. Данная древесина активно используется при строительстве.
Ясень	4,1 кгс/мм²	Произрастает в Европе. Эластичен, легко обрабатывается. Используется для изготовления спортивных снарядов.

Как определяют?

Когда производится определение плотности древесины, важно учитывать формулу, согласно которой масса образца, умноженная на влажность, делится на объем, также умноженный на этот же параметр. Содержание влаги учитывается в формулах, поскольку сухая древесина может увеличиваться в объеме при впитывании воды. Хотя это не всегда заметно невооружённым глазом, в большинстве применений необходимо учитывать каждые миллиметры и килограммы.

Практическая сторона измерений заключается в том, что на первом этапе следует достигнуть баланса влажности; древесина должна быть высушенной для удаления избыточной влаги, но не настолько, чтобы она начала забирать обновленную влагу из воздуха. Для каждого вида существуют свои рекомендации по содержанию влаги, но в целом она должна находиться не ниже 11 %. 

На следующем этапе проводятся необходимые измерения — сначала измеряются размеры образца, на основе чего вычисляется его объем; затем образец взвешивается.

После этого деревянный образец помещается в дистиллированную воду на 72 часа, причем существует условие, что его толщина должна увеличиться на не менее чем 0,1 мм. После завершения этого процесса образец снова дневурится и взвешивается для определения максимального объема.

Следующим этапом станет непрерывная сушка древесины, которая завершается повторным взвешиванием.

Вес высушенного образца делится на максимальный объем, который соответствовал бы влажной версии древесного образца. Полученный результат даст базовую плотность (кг/м³) или удельный вес.

Эти рекомендации являются стандартами, принятыми в Российской Федерации, и порядок выполнения и расчетов изложен в ГОСТ 16483.1-84.

Так как каждый грамм и миллиметр важны, стандарт также регламентирует требования по форме изделия — она должна быть прямоугольной, размером 20 × 20 × 30 см. Для достижения высокой точности измерений заготовка должна быть заранее подготовлена, края должны быть свободны от неровностей и выступов, чтобы они не влияли на измерения.

Плотность разных пород

Из этой информации следует, что измерение и оценка плотности древесины — это задача, требующая высокой степени точности. В большинстве случаев производители и поставщики берут на себя эту ответственность — на упаковке материалов, таких как доски или паркет, должны быть указаны важные свойства материала.

Ситуация становится более сложной, когда сами производите заготовки различных древесных пород. В таких случаях нет подробной упаковки, однако в интернете можно найти ориентировочные данные по плотности различных видов, из которых можно составить целые таблицы. Следует учитывать, что содержание влаги в каждом отдельном образце древесины зависит от множества факторов, описанных ранее, что может привести к различиям в весе.

Существуют и другие ситуации: когда мастеру необходимо выполнить лишь одну задачу, и у него еще нет древесины для ее реализации. Таким образом, сырье нужно закупать, но исследования показывают, какие виды древесины могут быть наиболее эффективными для поставленной задачи.

Поскольку плотность влияет на множество других практических характеристик древесины, сразу можно отсеять неподходящие виды, сосредоточив внимание на определенных их классах. Существует несколько основных групп, по которым принято классифицировать древесину в соответствии с плотностью.

Малая плотность

Низкоплотная древесина имеет свои практические преимущества, например, ее легче заготавливать и транспортировать, и предоставлять таким образом потребителям. По общепринятой классификации максимальный предел плотности для низкоплотной древесины составляет 540, реже 530 кг/м³.

К данной категории относятся многие промышленные хвойные породы, такие как ель и сосна, тополь, а также различные виды грецкого ореха, каштана и кедра, ивы и ясень. Вишня и ольха, в зависимости от сорта и условий обращения, могут находиться в диапазоне между низкой и средней плотностью, при этом вишня чаще всего считается древесиной средней плотности. Обратите внимание, что такие типа более доступны в финансовом отношении, и это связано с тем, что значительная часть местных лесов состоит из этих видов.

Эксперты указывают на то, что деревья с низкой плотностью чаще всего растут в северных регионах. Это объясняется тем, что окружающая флора этих мест не предоставляет достаточного количества влаги.

Адаптируясь к существующим условиям, такие растения образуют стебли, содержащие меньшую влагу, что в итоге сказывается на общем весе полотна древесины.

Средняя плотность

Древесина средней плотности считается «золотой серединой» при выборе материала, поскольку она не имеет значительных преимуществ, но и не имеет явных недостатков. Не имея большого веса, она обладает хорошей прочностью на сжатие без того, чтобы иметь недостатки более плотных пород, сохраняя при этом хорошую теплопроводность.

Зависимость плотности дерева от влажности

Плотность древесины является прямой функцией содержания влаги. Чем выше уровень влажности, тем больше вес древесины, и, следовательно, плотность также возрастает.

Существует три базовые категории древесины, в зависимости от уровня влаги:

• Абсолютно сухая: содержание влаги составляет менее 25 %;
• Воздушно-сухая (полусухая): уровень влажности варьируется от 25 до 35 %;
• Сырая древесина: содержание влаги превышает 35 %.

Свежесрубленная древесина обычно имеет уровень влажности выше 50 %. Материал высушивается на открытом воздухе под крышей, в результате чего удается убрать до 25 % изначально содержащейся влаги. Для достижения 12% влажности древесина помещается в сушильные камеры. Именно при этом уровне влаги можно и проводить необходимые измерения.

Группы плотности древесины

Процесс оценки на основании измерений оказывается гораздо более запутанным. Эта проблема требует строгой точности; ответственность за это полностью лежит на производителях и поставщиках. Все основные свойства материала указываются на упаковках.

Запомните, что различные факторы могут повлиять на содержание влаги в отдельных образцах, как отмечалось ранее. Это означает, что возможно ненароком обнаружить отклонения в весе.

Один из часто возникающих вопросов: стоит ли самостоятельно закупить сырье? При этом необходимо понимать, какая порода древесины будет предпочтительнее. Выбор образцов осуществляется на основе конкретной группы, что подразумевает наличие трех категорий видов, имеющих наибольшее значение с точки зрения плотности.

Низкая плотность делает такую древесину практичной. Её легче не только обрабатывать, но и транспортировать, а также разгружать. Существует общая классификация, в рамках которой максимальный предел для такой древесины составляет 540 кг/м³.

К основным породам, принадлежащим к этой группе, относятся хвойные деревья, а также ольха и вишня. Поскольку большая часть лесов расположена в северных регионах, древесина из этой категории более доступна и значительно дешевле, что делает её хорошим выбором для целого ряда применений.

Средней плотности

Это категория древесины, которая не имеет значительных достоинств или недостатков. Она не отличается высокой массой, обладает хорошей прочностью на сжатие и комфортной теплопроводностью.

К данному классу относятся пиломатериалы из березы и сосны, а также тополь, вишня и ясень. Параметры могут варьироваться, и в этой категории тоже встречается вишня и ольха. Максимальный предел плотности в данном диапазоне составляет 740 кг/м³.

Высокой плотности

Древесина с высокой плотностью может быть тяжелой и её масса является ключевым недостатком. Такие материалы имеют слабые теплоизоляционные свойства и могут легко разрушаться под воздействием механических нагрузок.

С другой стороны, высокая плотность обеспечивает этим материалам значительную прочность, позволяя им выдерживать большие нагрузки. Такие породы менее подвержены гниению, и этот вид древесины очень полезен в различных конструкционных применениях.

Таблица плотности древесины

ГОСТ 16483.1-84 содержит табличные данные о плотности древесины.

Меньшие плотностные индексы характеризуют хвойные породы, в то время как тропические растения и лиственные виды имеют более высокие плотности. Это определяется конкретными условиями их произрастания. В областях с недостатком влаги, как в тундрах и лесах, возрастает плотность древесных образцов.

Зависимость плотности дерева от влажности

Уровень влажности древесины является одним из ключевых параметров, действующих на её плотность. С увеличением влаги в структуре дерева вес материала возрастает.

Как следствие, увеличение массы изделия идет параллельно с увеличением его плотности. Образцы древесины, насыщенные влагой, имеют значительно более высокую прочность и твердость.

Это дополняет разграничение между тремя основными категориями:

• Абсолютно сухая древесина имеет влажность менее 25 %;
• Воздушно-сухая древесина представляется;, когда влажность колеблется от 25 до 35 %;
• Древесина сырой имеет влажность выше 35 %.

Обычно свежесрубленная древесина содержит не менее 50 % влаги. Рекомендуется сушить древесину на открытом воздухе под специальными крытыми конструкциями до 25 % содержания влаги. Для снижения влажности до 12 % древесина помещается в специальные сушки. Измерения проводятся лишь при указанном уровне влажности.

Прежде чем проводить закупку древесины, имеют значение различные характеристики, такие как плотность и уровень влажности. Древесина может поставляться в сухом, полусухом или влажном состоянии и также относится к категориям с высокой, средней или низкой плотностью. Поэтому всегда полезно ознакомиться с информацией, размещенной на упаковке.