Чем больше плотность тем больше пористость древесины
Влияние структуры древесины на ее свойства: Плотность, пористость и проницаемость древесины
Свойства древесины во многом определяются ее структурой, которой присущ ряд отличительных особенностей. Древесина имеет волокнистую структуру, потому что основная масса клеток относится к прозенхимным. Чередование ранней и поздней древесины образует слоистую структуру древесины. Анатомические элементы и ткани древесины ориентированы определенным образом в стволе дерева (волокна, сосуды, лучевая и древесная паренхимы, вертикальные и горизонтальные смоляные ходы).
Приведенные особенности строения древесины обусловливают выделение в ней 3-х основных структурных направлений: аксиальное (вдоль волокон, т.е. параллельно оси ствола), радиальное (поперек волокон вдоль сердцевинных лучей, т.е. вдоль радиуса ствола) и тангенциальное (поперек волокон по касательной к границе между годичными кольцами, т.е. перпендикулярно сердцевинным лучам и радиусу ствола). Многие свойства древесины (набухание, прочность, проницаемость и др.) напрямую зависят от структурного направления, что делает древесину обычным анизотропным материалом, у которого в отличие от изотропного материала количественные характеристики таких свойств в каждом направлении разные. Иная важная особенность структуры древесины — это то что она является пористым материалом, т.е. материалом, в котором имеются пустоты (поры), не заполненные веществом самого материала. Суммарный объем этих пустот и их линейные размеры влияют на свойства пористых материалов.
Поверхность материала древесины гидрофильна, а поперечные размеры ее пустот меньше капиллярной постоянной воды (3,8 мм при 20°С). Капиллярная постоянная жидкости характеризует линейный размер, при котором и меньше которого становятся существенными капиллярные явления. Следовательно, при контакте древесины с водой должны наблюдаться капиллярные явления (капиллярная пропитка, капиллярная конденсация и др.), играющие важную роль не только в жизни дерева, но и в процессах переработки древесины.
Отсюда можно сделать вывод что структура древесины влияет на следующие свойства древесины: плотность древесины, пористость древесины и проницаемость древесины.
Плотность древесины является одной из важнейших ее характеристик как конструкционного материала и сырья для различных видов переработки. Она характеризует количество вещества в единице объема и равна отношению массы древесины к занимаемому ею объему в соответствующих единицах. В тех случаях, когда невозможно или трудно измерить объем древесины, определяют относительную плотность древесины. Относительная плотность древесины — безразмерная величина, так как она представляет собой отношение массы древесины к массе вытесняемой ею воды.
Плотность древесинного вещества рдв, т.е. масса единицы объема древесины, образующего клеточные стенки, примерно одинакова для древесины различных пород. Это обусловлено схожестью элементного состава, незначительной разницей плотности основных компонентов клеточной стенки и низкой зольностью древесины. 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. Среднее значение рдв для всех пород принято равным 1530 кг/м3. Следует отметить, что это значение получено при определении объема в воде. При использовании жидкостей, не вызывающих набухания клеточных стенок древесины, значение рдв снижается до 1440. 1460 кг/м3.
Плотность древесины, определяемая отношением массы образца древесины к его объему, зависит от ее пористости. Пористость древесины выражает относительный объем пустот в ненабухшей древесине, т.е. в древесине, не содержащей воды.
Для отечественных древесных пород пористость лежит в пределах от 40 до 77%. Пористость древесины обусловлена наличием в ее структуре полостей клеток, межклетников и неутолщившихся участков клеточных стенок (мембраны пор), пронизанных мельчайшими отверстиями. Сформировавшаяся клеточная стенка в ненабухшем состоянии имеет низкую пористость (
От чего зависит плотность древесины и как ее узнать
Древесину можно назвать одним из старейших материалов, использующихся в строительстве. Испокон веков человек сооружал себе жилье из веток и палок. С тех пор прогресс шагнул далеко вперед, но древесина, как и прежде, остается одним из наиболее распространенных строительных материалов.
Что такое плотность материала
Плотность древесного вещества
По мере роста дерево потребляет из окружающей среды влагу, кислород и другие питательные вещества. Конечно, они не пропадают бесследно. Если присмотреться к срубу дерева, можно заметить, что оно не состоит только из так называемого древесного вещества. При ближайшем рассмотрении можно увидеть поры, по которым циркулируют жизненные соки растения. Кроме того, влажность свежеспиленного дерева обычно составляет около 60-80 %, а это значит, что в составе его древесины имеется также вода.
Как рассчитать плотность
Единица измерения объемного веса подсказывает нам, как решить эту задачу. Нужно лишь знать вес образца и его объем, который, как известно, вычисляется перемножением длин сторон объекта.
Наиболее простым примером станет определение плотности абсолютно сухого материала, то есть древесины, в которой полностью отсутствует вода. Формула в данном случае максимально проста:
От чего зависит плотность
По объемному весу различные породы делятся на три категории:
К первому типу относятся дуб, граб, береза и некоторые другие лиственные деревья. Для второй категории характерная средняя плотность древесины. Примерами являются лиственница, вяз, клен, рябина, орех и т.д. Плотность хвойной древесины считается наименьшей, поэтому она относится к третьей категории. Это ель, сосна и кедр. Такое разграничение говорит нам о том, что на объемный вес древесины влияет порода дерева.
Лиственные породы
Мы уже выяснили, что порода дерева влияет на плотность древесины. Таблица ниже включает точные значения объемного веса при различной влажности материала – от 15 до 100 %. Такой подход позволяет наиболее полно оценить изменение плотности древесины в различных условиях.
Плотность древесины — ликбез от Лесопилки Юркова
Подразделы категории
В данной категории нет товаров.
Плотность древесины – одна из самых значимых ее физических характеристик, которая во многом определяет пригодность породы к тем или иным работам. Каждый плотник, столяр, токарь и резчик по дереву замечал разницу между липой и ясенем, а также то, как его инструмент справляется с ними. Опытные мастера, только покрутив в руках деревяшку, могут предположить, как она будет гнуться, стоит ли браться за ее обработку ручными резцами и какие нагрузки сможет выдержать получившееся изделие. На все это влияет плотность, но что это за показатель такой, и как он определяется?
Что такое плотность древесины?
Древесиной высокой плотности называют породы, структура волокон которых тесно сжата – то есть концентрация древесных клеток на квадратный сантиметр бруска выше, чем у менее плотной породы. Плотная древесина, как забитый людьми автобус – сопротивляется любому движению внутри, поэтому с ней сложнее работать. Чтобы прогнозировать податливость деревяшки до того, как она сточит под корень режущую кромку инструмента, нужно уметь определять ее плотность.
Некоторые бруски, вопреки привычным представлениям о древесине, стремительно тонут в воде. Кстати, это один из способов определения плотности — погружение в воду, но мы не советуем этим увлекаться, так как есть и менее радикальные методы. Все-таки, дерево не очень любит влажность.
На уроках физики нам рассказывали, что плотность – это соотношение массы тела к его объему. Если взвесить деревянный брусок, и получившееся значение разделить на перемноженные между собой величины его сторон, мы узнаем его плотность. Получается, что, сделав тоже самое с идентичным по размеру бруском другой породы, мы определим, какое дерево плотнее. Но не все так просто.
Древесина – крайне неоднородный материал. Она состоит из волокон древесного вещества и сети пустот разных размеров, которые формируются под влиянием множества факторов. По этим пустотам, как по каналам, разносятся вода и минералы, впитываемые корнями из земли.
Присмотритесь к этому торцевому сечению дуба — годичные кольца идут волнами и на разном расстоянии друг от друга, поры то тут, то там срастаются в сплошную линию, да еще и сердцевинные лучи идут с нарушенной геометрией. Очевидно, что это неоднородная масса:
В зависимости от условий, которые оказывали воздействие в момент нарастания волокон, даже находящиеся рядом части одного дерева могут быть в разной мере испещрены проводящими каналами. В сухой древесине они более или менее опустошены либо наполнены неиспаряемыми маслами, поэтому чем их больше, тем меньше масса бруска, а значит, тем меньше его плотность. Отличия могут быть значительными даже у образцов из одного дерева, что уж говорить о разных деревьях одной породы, которые росли в разных условиях? Эталона не существует, поэтому показатели довольно приблизительны и могут заметно варьироваться.
Раз уж мы упомянули сухую древесину, следует оговориться, что мы рассматриваем только материал, высушенный до влажности около 12%, чтобы не учитывать воду, которой все равно не останется в заготовке, пригодной к работе.
Итак, чем меньше в древесине пор в соотношении с древесным веществом, тем большую она имеет плотность. Хоть в мербау, например, пористость с торцевой стороны можно увидеть невооруженным глазом, а липа на первый взгляд кажется однородной, волокна первой породы туго стянуты друг с другом, в то время как структура липы рыхлая, с большим количеством воздуха в крошечных зазорах. Поэтому плотность не всегда определяется визуально, и она зависит не только от количества пор, но и от связки волокон между собой.
Слева на фото торцевой срез липы, справа — мербау. Хоть величина каналов у мербау значительно больше, липа полностью усыпана ими, что снижает ее плотность. К тому же, в порах мербау попадаются следы кремнезема и масел, которые увеличивают ее вес и, соответственно, удельную плотность:
На что влияет плотность древесины?
Мы уже упомянули, что более плотные породы сложнее обрабатываются, особенно ручными инструментами. Даже металл постепенно сдается после попыток разорвать структурные связи древесных волокон, поэтому режущую кромку приходится так часто затачивать. На это также влияет твердость, которая имеет прямую взаимосвязь с плотностью.
Твердые и плотные породы уместно обрабатывать инструментами с электроприводом (бормашинками, граверами), чтобы значительно ускорить и упростить процесс
Более твердые породы лучше выдерживают нагрузки и сопротивляются повреждениям, однако, как правило, хуже сгибаются и менее упругие.
Твердость определяется разными методами, самые распространенные из которых – это тесты Бринелля, Роквелла, Монин и Янка. Суть их сводится к вдавливанию предмета из металла или других прочных материалов в поверхность доски и высчитыванию коэффициента из размера образовавшейся лунки или силы, которая была приложена для этой манипуляции. Не важно каким из методов определена твердость, главное при сравнении пород ориентироваться на показатели одного и того же тестирования. Впрочем, каноничных значений все равно быть не может, так как невозможно получить абсолютно идентичные по структуре бруски, поэтому всегда есть некоторая погрешность и отличающиеся данные в разных источниках. Также важно понимать, что измерения тангенциального, радиального и торцевого куска дерева дадут разные показатели.
Так выглядит аппарат для проведения теста Янка:
Плотность древесины также влияет на ее способность к впитыванию. Рыхлый и пористый брусок стремительно впитывает влагу из воздуха и разбухает, но зато и лучше принимает защитные масла и пропитки.
Почему у разных пород древесины разная плотность?
Такова воля природы. Деревья растут и в жаркой пустыне, и в прохладных болотах, и в любых условиях стараются выжить. В средней полосе, где только зимой или в ветреную погоду приходится нелегко, растения имеют доступ к изобилию питательных веществ в увлажненной, умеренно теплой и вполне удобренной почве. Дерево, ни в чем себе не отказывая, насыщается через корни, камбий быстро разрастается, а волокна наполняются влагой. После сушки такая древесина сильно теряет в весе и, соответственно, в плотности.
Растениям в сложных климатических условиях приходится накапливать жизненно необходимые вещества внутри волокон. Они учатся вырабатывать масла, которые защищают их от засухи и насекомых. Постоянный дефицит и стресс делает деревья не только запасливыми, но и медленно растущими. Минимальное нарастание камбия в течение года делает годичные кольца практически неразличимыми, а недостаток влаги ведет к появлению масел в волокнах, которые не испаряются после усушки.
Промасленность некоторых пород чувствуется пальцами, а иногда и визуально — наприме, если обработать поверхность бруска растворителем:
Разные породы древесины зародились и прижились там, где смогли приспособиться к условиям, и растут в тесной взаимосвязи с окружающей флорой и фауной. Деревья улавливают любые изменения среды, отвечая на них адаптацией в самой структуре, поэтому даже внутри породы, семейства, рода и вида растения могут сильно отличаться друг от друга. В том числе и по плотности.
Эти породы произрастают на одном континенте в похожих погодных условиях, однако под микроскопом их структура сильно отличается:
Таблица плотности разных пород древесины
Для любителей чисел и сравнений мы сделали табличку с показателями плотности тех пород, которые встречаются у нас в ассортименте. Для наглядности писок отсортирован от большего к меньшему – от древесины, по тяжести сравнимой с камнем, до той, из которой делают невесомые поплавки.
Все показатели намеренно усреднены и не гарантируют, что купленный вами брусок им соответствует. Ведь, как мы уже говорили, дерево – живой и неоднородный материал, который не вписывается в строгие рамки и характеристики.
Что такое плотность дерева и как этот параметр влияет на технические свойства пиломатериалов
Попробуйте вкрутить шуруп в древесину разных пород, и вы заметите, что иногда он идет легче, а иногда сложнее — причина этого в разной плотности дерева
Покупая пиломатериалы для строительства, изготовления мебели и прочих нужд, можно встретить термин «плотность дерева». Оказывается, этот параметр содержит множество принципиально важных свойств древесины. Я расскажу о том, насколько плотной может быть древесина, от каких факторов зависит эта величина и как она сказывается на других свойствах пиломатериалов.
Определение параметра
Таблица показывает плотность различных пород дерева, здесь же можно заметить то, как этот параметр меняется в зависимости от перемены показателей влажности
Плотность равняется отношению массы к объёму. То есть, интересующий нас параметр определяется тем, какова масса древесины в единице объема (г см3 или кг/1 м³).
Прибор резистограф — это то оборудование, с помощью которого можно определить твердость древесины
Удельная плотность сухих пиломатериалов (влажность не более 12 %) рассчитывается по формуле m0 / V0 = ρ0, где:
В таблице показаны соотношение плотности и устойчивости древесины к механическим нагрузкам
Все древесные породы делятся на 3 группы:
Важно понимать, что плотность древесины величина не постоянная и изменяется вследствие воздействия различных факторов. Обратно пропорционально вместе с плотностью будут изменяться свойства, которые с ней связаны.
От чего зависит плотность
Иллюстрации | Факторы, определяющие плотность пиломатериалов |
Пористость. Если посмотреть на поперечный срез бревна или бруска, вы заметите, что его структура неоднородная и состоит из множества микропор. Чем больше пор, тем материал менее плотный – мягкий и наоборот, чем пор меньше, тем он более твердый. | |
Вес. Чем меньше пор в древесине, тем она тяжелее. Значит, чем тяжелее пиломатериалы, тем они плотнее и тверже. |
Это наблюдение актуально для большинства пород за редким исключением. Например, растущие на территории США болотный ясень – мягкий, но сопоставим с весом черного и красного дерева.
Именно поэтому инструкция строительства предполагает использование сухой древесины, которая при усушке не претерпит механических деформаций.
Свойства древесины, которые зависят от плотности
Иллюстрации | Описание |
Абсорбция. Под этим термином нужно понимать впитывающую способность материала. |
Известно, что пористая древесина впитает гораздо больше влаги, чем аналогичная поверхность, но с меньшим количеством пор. Именно поэтому влажность бревна предпочтительно измерять не в продольной его части, а на поперечном срезе, где поры открыты.
И наоборот, чем плотнее древесина, тем быстрее она прогревается и охлаждается. Поэтому при обустройстве парилок в сауне подбирается мягкая древесина хвойных пород, которая меньше нагревается от сухого жара.
Этот момент из соображений пожарной безопасности нужно учесть, выбирая доски, брус и бревна для строительства.
Как улучшить эксплуатационные качества пиломатериалов
Пористая структура пиломатериалов делает их менее прочными и более подверженными негативному воздействию факторов внешней среды. Тем не менее, есть ряд промышленных и бытовых способов упрочнения пиломатериалов.
Иллюстрации | Описание способа |
Упрочняющая пропитка. Специальные пропитки, проникая в пористую структуру, заполняют пустоты и полимеризуясь образуют корку толщиной до 5-10 мм. Несмотря на то, что прочность на изгиб вследствие такой обработки не возрастёт, но пиломатериалы хотя бы не будут впитывать влагу. | |
Склеивание ламелей. Технология как на фото применяется при изготовлении клееного бруса, прочность которого в разы превышает прочность изначального производственного материала. За счет расположения ламелей с учетом будущих нагрузок, брус демонстрирует удивительную устойчивость к поперечным и продольным нагрузкам. Правда цена таких пиломатериалов значительно выше стоимости цельного бруса. | |
Термомодификация. Для улучшения эксплуатационных качеств мягкую древесину можно подвергнуть термической обработке, в результате чего она приобретет характеристики более твёрдых пиломатериалов. При термомодификации пиломатериалы в специальных камерах прогреваются сухим воздухом с температурой свыше 200°С.
Подведем итогиТеперь вы знаете, что такое плотность пиломатериалов, какие свойства она определяет и от каких параметров зависит. Если остались вопросы, задайте их в комментариях и не забудьте посмотреть видео в этой статье. Чем больше плотность тем больше пористость древесиныСправочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры Свойства строительных материалов Свойства строительных материалов определяют области их применения. Только при правильной оценке качества материалов, т. е. их важнейших свойств, могут быть получены прочные и долговечные строительные конструкции зданий и сооружений высокой технико-экономической эффективности. Все свойства строительных материалов по совокупности признаков подразделяют на физические, химические, механические и технологические. – К физическим свойствам относятся весовые характеристики материала, его плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений, а также способность материала сопротивляться агрессивному действию внешней эксплуатационной среды. Последнее характеризует стойкость материала, обусловливающую в конечном итоге сохранность строительных конструкций. – Химические свойства оцениваются показателями стойкости материала при действии кислот, щелочей, растворов солей, вызывающих обменные реакции в материале и разрушение его. – Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться сжатию, растяжению, удару, вдавливанию в него постороннего тела и другим видам воздействий на материал с приложением силы. – Технологические свойства — способность материала подвергаться обработке при изготовлении из него изделий. Кроме этого, свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики. В конечном итоге знание свойств материалов необходимо для наиболее эффективного его использования в конкретных условиях эксплуатации. Структуру строительного материала изучают на трех уровнях: макроструктура – строение материала, видимое невооруженным глазом; микроструктура – строение, видимое через микроскоп; внутреннее строение вещества, изучаемое на молекулярно-ионном уровне (физико-химические методы исследования – электронная микроскопия, термография, рентгеноструктурный анализ и др.). Макроструктуру твердых строительных материалов (исключая горные породы, имеющие свою геологическую классификацию) делят на следующие группы: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая и рыхлозернистая (порошкообразная). Искусственные конгломераты представляют собой большую группу; это различного вида бетоны, керамические и другие материалы. Ячеистая структура материала отличается наличием макропор; она свойственна газо– и пенобетонам, газосиликатам и др. Мелкопористая структура характерна, например, для керамических материалов, получаемых в результате выгорания введенных органических веществ. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты и др. Слоистая структура характерна для листовых, плитных и рулонных материалов. Рыхлозернистые материалы — это заполнители для бетонов, растворов, различного вида засыпка для теплозвукоизоляции и др. Микроструктура строительных материалов подразделяется на кристаллическую и аморфную. Эти формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества, например кварц и различные формы кремнезема. Кристаллическая форма всегда устойчива. Чтобы вызвать химическое взаимодействие между кварцевым песком и известью в производстве силикатного кирпича применяют автоклавную обработку сырца насыщенным водяным паром с температурой 175 °C и давлением 0,8 МПа, в то же время при температуре 15–25 °C трепел (аморфная форма диоксида кремния) с известью при затворении водой образует гидросиликат кальция. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую. Для каменных материалов практическое значение имеет явление полиморфизма, когда одно и то же вещество способно существовать в различных кристаллических формах, называемых модификациями. Полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Для кристаллического вещества характерны определенная температура плавления и геометрическая форма кристаллов каждой модификации. Свойства монокристаллов в разных направлениях неодинаковы. Теплопроводность, прочность, электропроводность, скорость растворения и явления анизотропии являются следствием особенностей внутреннего строения кристаллов. В строительстве применяют поликристаллические каменные материалы, в которых разные кристаллы ориентированы хаотично. Эти материалы по своим свойствам относятся к изотропным, исключение составляют слоистые каменные материалы (гнейсы, сланцы и др.). Внутренняя структура материала определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и другие важные свойства. Кристаллические вещества, входящие в состав строительного материала, различают по характеру связи между частицами, образующими кристаллическую решетку. Она может быть образована: нейтральными атомами (как в алмазе); ионами (разноименно заряженными, как в кальците СаС03, или одноименными, как в металлах); целыми молекулами (кристаллы льда). Ковалентная связь, обычно осуществляемая электронной парой, образуется в кристаллах простых веществ (алмазе, графите) или в кристаллах, состоящих из двух элементов (кварце, карборунде). Такие материалы отличаются высокой прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки. Ионные связи образуются в кристаллах материалов, где связь имеет в основном ионный характер, например гипс, ангидрид. Они имеют невысокую прочность, не водостойки. В относительно сложных кристаллах (кальците, полевых шпатах) имеют место и ковалентная и ионная связи. Например, в кальците внутри сложного иона связь ковалентная, но с ионами – ионная. Кальцит СаС03 обладает высокой прочностью, но малой твердостью, полевые шпаты имеют высокие прочность и твердость. Молекулярные связи образуются в кристаллах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ построен из целых молекул, которые удерживаются друг около друга относительно слабыми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (кристаллы льда), имеющими низкую температуру плавления. Силикаты имеют сложную структуру. Волокнистые минералы (асбест) состоят из параллельных силикатных цепей, связанных между собой положительными ионами, расположенными между цепями. Ионные силы слабее ковалентных связей внутри каждой цепи, поэтому механические силы, недостаточные для разрыва цепей, расчленяют такой материал на волокна. Пластинчатые минералы (слюда, каолинит) состоят из силикатных групп, связанных в плоские сетки. Сложные силикатные структуры построены из тетраэдров, связанных между собой общими вершинами (атомами кислорода) и образующих объемную решетку, поэтому их рассматривают как неорганические полимеры. Важными свойствами строительных материалов являются также химический, минеральный и фазовый состав. Химический состав неорганических вяжущих материалов (извести, цемента и др.) и естественных каменных материалов удобно выражать содержанием в них оксидов (в %). Основные и кислотные оксиды химически связаны и образуют минералы, которые характеризуют многие свойства материала. Минеральный состав показывает, каких минералов и в каком количестве содержится в данном материале, например, в портландцементе содержание трехкальциевого силиката составляет 45–60 %, причем при большем содержании этого минерала ускоряется процесс твердения и повышается прочность. Фазовый состав и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывают большое влияние на свойства материала. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т. е. каркас и поры, наполненные воздухом или водой. Изменение содержания воды и ее состояния меняет свойства материала.
|