Свойства древесины разных пород

Теплоотдача древесины

Существует еще один показатель, который позволит с легкостью определить, например, сколько весит куб сухой доски сосны. Таким параметром является теплоотдача

Показатель имеет немаловажное значение для тех людей, которые используют древесину в качестве отопительного материала. Следует отметить, что теплопроводность напрямую зависит от плотности древесной породы

И чем выше твердость, тем выше и теплопроводность.

Безусловно, использовать самшит в качестве отопительного материала никто не будет. Однако при выборе между сосной или березой, представится возможность получить намного больше тепла, если знать, какая из пород является наиболее твердой. Согласно справочным таблицам, можно узнать информацию о плотности каждого дерева.

Итак, начиная строительство дома, приходится сталкиваться с нюансами, которые на первый взгляд кажутся незначительными. Однако не все так просто. Существуют определенные показатели, которые необходимы учитывать при выборе древесины, чтобы не ошибиться с выбором и получить желаемый результат от задуманного дела.

Компания Дрова72 провела эксперимент, мы взвесили 1 складочный куб (складометр) березовых колотых дров, естественной влажности, ~50%. О результатах этого эксперимента подробнее расскажем ниже.

Этот эксперимент никоим образом не претендует на звание — «научный» или «100% объективный»

, скорее что-то среднее между информацией из интернета и лабораторными исследованиями. Но тем не менее — это первый шаг на пути к истине и объективности.

В следующий раз мы повторим эксперимент и постараемся найти влагомер, а так же заснять весь процесс на видео.

Если коротко, результаты

При влажности ~50% и длине полена ~50см:

• 1 складочный куб весит ~561 кг ;
• 1 плотный кубический куб весит ~790 кг .

В тексте ниже, мы подробно раскрываем суть эксперимента. Расчёт сделан на основе информации из ГОСТ»а 3243-88 и справочника по лесопилению .

Твердость древесины по Бринеллю | Паркетный пол под ключ в г. Коломна

Методом Бринелля называется механическое испытание, позволяющее экспериментальным образом определить  прочность (твердость) различных пород в частности древесины. Данный метод относится к разрушающим методам контроля. В большинстве случаев данным показателем характеризуют твердость различных пород древесины. В Европе и России принята шкала Бринелля для древесины. Твердость древесины по данному методу измеряется путем вдавливания в нее шарика из закаленной стали диаметром 10 миллиметров с силой равной 100 килограммам. После проведения данного испытания выполняются замеры образовавшейся на древесине лунки и исходя из полученных значений рассчитывается показатель твердости про формулам. Соответственно чем меньше размеры образовавшейся лунки тем выше показатель твердости данной породы дерева по шкале Бринелля.

Таблица. Показатели твердости различных пород древесины по шкале Бринелля (кгс/мм2).

В пределах одной породы твердость породы древесины может отличаться и зависеть от типа распила (радиальный, смешанный, полурадиальный, тангенциальный), места произрастания древесины, времени года заготовки древесины и других параметров.

Строение ствола хвойных пород

Все необходимые характеристики, которые учитываются при выборе леса для конкретных целей, зависят строго от строения ствола. Состоит он из:

• ядра (центральна внутренняя часть);
• заболони (периферийный слой, находящийся между лежащей внешней и внутренней коры).

Также выделяют и различия в сердцевине. Например, есть стволы, которые внутри полностью одинакового оттенка, а есть те, в которых присутствуют темные участки. В зависимости от этого также разделяют хвойные породы на:

• ядровые — это может быть сосна, тис, лиственница, кипарис, можжевельник или кедр;
• спелодревесные (ель и пихта).

В составе хвойной древесины присутствуют свои клетки. Это могут быть паренхимы и трахеиды. Первые составляющие предназначены для сбора полезных питательных веществ, от которых зависит и рост дерева. Располагаются эти клетки в сердцевинных лучах, а также находятся в смоляных ходах.

Вид срезанного ствола хвойной породы древесиныИсточник kelohouse.ru

Вторые клетки являются основным элементом структуры, так как занимают в стволе практически 90% общего объема. Располагаются они радиальными рядами, при этом похожи на удлиненные волокна, стенки которых одеревенели. Живые трахеиды содержатся только в живом слое и со временем отмирают.

Хвойные пиломатериалы с относительно ровным торцевым срезомИсточник ludwig-holz.de

Принципы обработки и применение

Столярное мастерство предполагает использование в большинстве случаев лиственных пород. Дуб в этом отношении занимает лидирующую позицию. Помимо его положительных физических качеств отмечается также большой диапазон оттенков материала, красивая и необычная структура волокон. Дубовая древесина в готовом виде хорошо гнется, не подвержена гниению и воздействию биологических вредителей. Древесина отличается наличием пористой текстуры, повышенной вязкостью, проста в обработке. Но при изготовлении каких-либо предметов могут возникать сложности из-за всевозможных дефектов: сучков и крупных узлов.

Радиальный срез демонстрирует сердцевинные крупные отхождения, продольный – задает неповторимый натуральный узор.Мореная древесина приобретает насыщенный фиолетовый цвет, причем конкретный оттенок зависит от срока проведения такой обработки, который также сказывается на прочностных показателях. Повышается твердость материала, при этом возникает такое качество, как его хрупкость, древесина легко колется

В работе с древесиной мореного дуба необходимо соблюдать крайнюю осторожность. Она содержит большое количество дубильных компонентов, из-за чего без труда протравливается. Недостаток – плохое восприятие лаков на спиртовой основе

Недостаток – плохое восприятие лаков на спиртовой основе.

Упругость древесины

Упругостью древесины называется ее способность изменять (в известных пределах) свою форму под действием внешнего усилия и возвращаться к первоначальной форме после прекращения этого воздействия.

Упругость древесины — способность возвращаться к первоначальной форме после прекращения воздействия нагрузки

При кратковременной растягивающей нагрузке вдоль волокон древесина до определенного предела ведет себя практически совершенно упруго, в ней возникают преимущественно упругие деформации. То есть, деформация, вызванная растяжением, исчезает, как только снимается нагрузка.

Основным показателем деформативности служит коэффициент пропорциональности – модуль упругости Е – гипотетическое напряжение в Н/мм2, при котором длина испытываемого стержня увеличивается вдвое. Модуль упругости Е может колебаться в значительных пределах даже для одних и тех же пород древесины. Заметное влияние на него оказывает влажность.

Модуль упругости при растяжении и сжатии фактически одинаков, так же, как и при изгибе.  

При действия усилия под углом к направлению волокон, по мере увеличения угла, модуль упругости Е уменьшается. При усилиях, действующих поперек волокон, деформации из-за трубчатого строения клеток значительно больше, чем при действии вдоль волокон, а значит, значительно уменьшается модуль упругости.  Чем больше модуль упругости, тем более жесткая древесина.

В строительной практике устанавливается средняя величина модуля упругости Е в направлении поперек волокон, которая для хвойных пород равна 300 МПа (Н/мм2), а для лиственных – 600 МПа (Н/мм2).  Следовательно, модуль упругости вдоль волокон примерно в 20 раз больше, чем поперек. 

Проектировщику модуль упругости Е древесины необходимо знать при расчете конструкций по второй группе предельных состояний — состояний, при которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений, конструкций или исчерпывается ресурс их долговечности вследствие появления недопустимых деформаций (прогибов, трещин), колебаний и иных нарушений, требующих временной приостановки эксплуатации сооружения и выполнения его ремонта. То есть, вторая группа определяется непригодностью конструкций к нормальной эксплуатации. 

Возможны случаи, когда конструкция не потеряла несущую способность, т.е. удовлетворяет требованиям первой группы предельных состояний, но ее деформации, например, прогибы таковы, что нарушают технологический процесс или нормальные условия нахождения людей в помещении. 

При расчете по второй группе предельных состояний определяется максимальный прогиб f_max в элементе конструкции. Как правило, это однопролетная разрезная балка постоянного сечения. Максимальный прогиб зависит от того, чем нагружена балка (сосредоточенной силой Q, распределенной нагрузкой q или моментом M), и от того, какие опоры на концах балки (подвижный или неподвижный шарнир, жесткая заделка или свободный конец), то есть, от расчетной схемы балки. 

Значение максимального прогиба f_max для каждого конкретно случая  можно найти в любом справочнике по строительным конструкциям. Если под рукой нет такого справочника, то значение прогиба можно рассчитать по универсальной формуле, найдя предварительно нормативное значение максимального момента М_н:

f_max = M_нl2/ 10EJ_x     

где:   

Мн — нормативное значение максимального изгибающего момента;

l — пролет балки (расстояние между опорами);

J_x — момент инерции сечения, для прямоугольного сечения равен bh3/12;

Е — модуль упругости материала конструкции.

Поскольку древесина состоит в основном из полимеров с длинными гибкими цепными молекулами, ее деформативность зависит от продолжительности воздействия нагрузок.  

Упругие свойства древесины поперек волокон используются главным образом в сочетании с другим свойством, с его вязкостью – способностью дерева держать гвозди, костыли, шурупы. И это ценное качество дерева не удается воспроизвести ни в одном из современных материалов. При забивании гвоздя в древесину возникают упругие деформации, которые обеспечивают достаточную силу трения, препятствующую выдергиванию гвоздя. Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец образца, меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон.

С повышением плотности сопротивление древесины выдергиванию гвоздя или шурупа увеличивается. Усилия, необходимые для выдергивания шурупов (при прочих равных условиях), больше, чем для выдергивания гвоздей, так как в этом случае к трению присоединяется сопротивление волокон перерезанию и разрыву. 

Классификация пиломатериалов

Производители пиломатериалов предлагают покупателям два вида доски: обрезную и необрезную.

Обрезная доска — материал прямоугольной формы, изготовленная путем особой обработки (строганием). Тщательная шлифовка позволяет устанавливать обрезные доски сразу на нужный участок.

Необрезная доска — материал, у которого по бокам присутствуют необрезанные края. Данный вид изделия в несколько раз дешевле обрезного.

Сортность древесины определяется по разным критериям, в которые входят: размеры, влажность, наличие неровностей и т.д.

Классификация древесины имеет 5 сортов, начиная от отборной доски, заканчивая обрезками древесных заготовок.

1. Отборный сорт — самый качественный и престижный из всех. Материал не имеет сучков, пасынок, трещин от усушки и остатков коры. В нем также отсутствуют гнилостные поражения и другие подобные дефекты.Доски используют в автомобильном производстве и судостроении. Из них изготавливают мачты для яхт, покрытие палуб и высококачественную элитную мебель.
2. 1-й-сорт — ходовой и востребованный товар. Сюда относят пиломатериалы с минимальным количеством сучков, трещин. На досках отсутствуют гнилостные повреждения, сквозные отверстия, следы паразитов, а также плесени и других инородных элементов. Древесину первого сорта используют для изготовления ответственных конструкций, дверных и оконных блоков.
3. 2-й-сорт — в эту категорию включены пиломатериалы с небольшими «пороками», которые не портят внешний вид изделия. Не допускается наличие глубоких трещин, сгнивших сучков, трухлявости. К допустимым изъянам относят присутствие расшатанных сучков диаметром до 20 мм. Из таких досок прокладывают обрешетку, либо выстраивают деревянные щиты.
4. 3-й сорт — группа пиломатериалов с низким качеством. Изделия предназначены для изготовления транспортных упаковочных коробок, настила или поддонов. Главное требование— отсутствие больших сросшихся сучков и глубоких трещин. Вполне допустимы следы червоточин, сквозные трещины, табачные сучки и плесень. Кроме этого, данный вид имеет достаточно низкую несущую способность.
5. 4-й сорт — самый дешевый класс пиломатериалов, который предполагает большое количество огрехов. Изделия часто используют для строительства временных заборов и ограждений, сараев, хозблоков. Допустимые дефекты: шероховатость, крыловатость, общее повреждение гнилью, сросшиеся сучки, присутствие обзола.

Твёрдость древесины, дерева

При выборе материала для изделия необходимо учитывать его механические свойства: твердость, износостойкость, прочность, деформативность.

Твердость древесины (дерева)— это способность древесины сопротивляться внедрению в нее более твердых тел. Твердость зависит от плотности древесины и неодинакова по всем направлениям. Твердость торцовой поверхности у лиственных пород выше тангентальной и радиальной на 30%, у хвойных — на 40%.

По степени твердости древесные породы делят на три группы: мягкие — ель, сосна, кедр, пихта, можжевельник, тополь, липа, осина, ольха, каштан, ива; твердые — лиственница, береза обыкновенная, бук, дуб, вяз, ильм, карагач (берест), платан, рябина, клен, грецкий орех, ясень, яблоня; очень твердые — акация белая, граб, кизил, самшит, береза железная, фисташковое дерево, тис.

Твердость древесины зависит от многих факторов: ее влажности, содержания в годичных слоях поздней древесины, места произрастания, времени заготовки. Например, повышение влажности на 1% уменьшает торцовую твердость на 3%, а тангентальную и радиальную — на 2%. Увеличение поздней древесины повышает плотность и улучшает механические свойства материала. Сосны, выросшие на сухом месте (прямые высокие стволы), тверже сосен, произрастающих на болотистом грунте. Большей твердостью обладает древесина дерева, срубленного в декабре, чем в феврале.

Твердые породы, как правило, больше пригодны для механической обработки (сверление, точение, фрезерование). Они находят применение в изготовлении паркета, стеновых панелей (вагонки), инструментов, приспособлений. Мягкие породы используют для ручной обработки с применением ножей, резаков, стамесок.

Рябина

Порода ядровая с широкой заболонью красновато-бурого цвета. Древесина плотная, твердая, прочная, тяжелая, огнестойкая, отличается хорошей сопротивляемостью ударам. Плохо обрабатывается. Высушить свежесрубленную древесину не так-то просто

При неосторожной и слишком поспешной сушке древесина покрывается множеством крупных и мелких трещин. Гораздо надежнее использовать древесину засохшей на корню рябины

Древесина рябины хорошо окрашивается, принимает протраву. После шлифования и полирования приобретает красивый шелковистый блеск. Плотная и одно родная, она чисто обрабатывается режущими инструментами и представляет собой замечательный материал для токарных и резных работ. Причем резьбу можно выполнять очень тонкую.

От чего зависит твёрдость древесины

Показатели плотности отличаются для каждой породы дерева, но имеется ряд общих факторов.

Даже одно дерево может иметь разную степень прочности, если оно растёт в условиях высокой или низкой влажности

Факторы, влияющие на степень твёрдости дерева:

• возраст породы, чем старше древесина, тем более высокие характеристики прочности она имеет. Молодое дерево влажное, а старое иссушается и становится прочнее;
• климат и география произрастания. В холодном климате деревья прочнее, потому что растут крайне медленно;
• способ, которым было распилено дерево. Существуют определенные методики для усиления прочности при распиле;
• участок, в котором обрезан ствол. Плотность коры всегда выше, чем у сердцевины дерева.

Древесные породы

В природе существует множество древесных пород, имеющих различные свойства, применяемые в разных сферах промышленности. Чтобы правильно выбрать нужную породу дерева, необходимо знать особенности каждой из них.

Разные виды древесины отличаются один от другого по цвету. Цвет зависит от нескольких факторов: породы дерева, возраста, скорости роста, а яркость цвета — от количества содержащихся в нем красящих веществ. Заболонь дерева имеет более светлый оттенок, чем ядро. Заболонью называют внешнюю часть дерева с живыми клетками. Ядровая часть дерева всегда более темная, где сконцентрировано основное количество дубильных веществ и смол. Ядровые породы деревьев имеют темную древесину, а заболонные – светлую. К ядровым относятся такие распространенные породы деревьев: лиственница, сосна, ясень и другие. У заболонных пород ядровый слой очень узкий и по цвету мало отличается от заболони. К таким породам относится береза, груша, липа, бук, граб и ольха. У клена, ясеня и граба очень светлая древесина, а у березы — белая. В основном из этих пород изготавливают паркетную доску. Желтую древесину имеет самшит. Используется в художественных и декоративных целях. Сосновая древесина при старении приобретает серый оттенок.

Из хвойных пород изготавливают пиломатериалы и другие строительные компоненты, так как они обладают легкой структурой, удобной для обработки. Самой легкой из них является пихта. Большинство используемых хвойных пород, произрастают в нашей местности, поэтому покупателю предоставляется широкий выбор дерева для различных целей по приемлемым ценам.

Самой легкой в мире является древесина бальсы. Она растет в лесах Южной Америки. Использовалось индейцами для изготовления плотов. Оно растет настолько быстро, что не имеет годичных колец. Его структура состоит из сплошной клетчатки, наполненной водой. После просушки древесина стает тверже дубовой, а вес составляет 120 г на 1 куб.м., что в два раза легче коры пробкового дерева. Бальсу используют в самолето- и кораблестроении, также это отличный изоляционный материал.

Змеиное дерево или снейквуд – самое тяжелое и твердое дерево в мире. Произрастает в Гвиане, Гайане и Суринаме. Его плотность составляет 1300 кг на 1 куб.м. Из снейквуда изготавливают декоративные поделки высочайшего качества, ручки для ножей, зонтов, смычки и луки для стрельбы. Материал из этого растения трудно поддается обработке из-за своей твердости, но дает хороший результат при отделке и полировке.

Лиственные породы успешно используются для производства различных видов мебели. Они имеют более темную древесину, широкую палитру цветов, успешно используемую в дизайне элементов мебели и декора.

Качество любого изделия, изготовленного из дерева, зависит от уровня твердости используемого материала. Чем тверже материал, тем выше его износостойкость. Уровень твердости определяется методом Бриннеля. Для этого в поверхность заготовки вдавливают металлический шарик диаметром 10 мм с силой 100 кг. Результат определяется по диаметру углубления и типу деформации. Чем выше показатель коэффициента твердости, тем крепче и тверже порода дерева.

Мягкая древесина

Мягкие сорта древесины с коэффициентом до 40 МПа имеют такие известные лиственные растения: липа, тополь, каштан. Хвойные: ель, сосна, пихта. Все они используются в строительстве, хорошо обрабатываются, из них сооружают стропильные конструкции, изготовляют мебель, окна, двери, мелкие декоративные изделия.

Твердая древесина

Коэффициент твердости от 40.1 МПа до 80 МПа имеют твердые породы, а выше 80 МПа – очень твердые породы древесины. Вершину твердости среди лиственных пород занимает дерево ятоб, растущее в лесах Южной Америки. Дерево имеет кирпично-красный цвет при распиле. Из него производят мебель, паркет, мелкие элементы интерьера. За ятобом по твердости следует сукупира, ярра амазонская, мутения, орех грецкий, ясень, дуб. А из хвойных пород рекорд твердости принадлежит лиственнице, изделия из которой приравниваются к каменным. Твердые сорта деревьев нашли свое применение в изготовлении высокопрочных конструкций.

Способ заготовки древесины

Возможны два варианта: пиленая доска и радиальная клепка (колотый дуб). Первый вариант больше подходит для производства мебели, хотя и применяется для изготовления бочек. Второй используется в бондарных цехах при ликероводочных заводах.

Способ разделки влияет на герметичность бочки и правильный газообмен – хорошая дубовая бочка «дышит» и не протекает, а комбинация этих двух факторов возможна только при радиальной клепке.

В пиленой доске годовые кольца древесины идут вдоль клёпок, соковыводящие каналы – поперек.

Пиленая доска

В бочке из колотого дуба годовые кольца находятся поперек клёпок, а соковыводящие каналы – вдоль торца клёпки.

Из колотого дуба

Классификация древесины по твердости

Определение твердости древесины необходимо для выявления эксплуатационных и потребительских свойств конструкций и других изделия из древесины. Таких, как стойкость к появлению царапин и вмятин на деревянных изделиях, износостойкость деревянных напольных покрытий, лестниц и т.д.

Твердость древесины это способность сопротивлению внедрения в нее более твердых тел

Для обработки древесины резанием особенно важен класс твердости. Поскольку стойкость режущего инструмента зависит от твердости деревянной заготовки.

У быстрорастущего дерева древесина мягче, чем у того, которое растет медленно. Заболонь мягче, чем сердцецевинная и спелая древесина.

Принято разделять древесину, по степени твердости на три класса:

• Мягкая
• Твердая
• Очень твердая

К мягким породам древесины относятся тополь , каштан , сосна , пихта , ель , кедр , осина , ольха , липа . Породу древесины относят к классу мягкой, плотность которой составляет менее 540 кг/м3

К твердым породам относят грецкий орех , яблоню , дуб , лиственницу , березу , клен , ясень , ильм, платан. Породу древесины относят к классу твердой, плотность которой варьируется в диапазоне 550-740кг/м3

Очень твердые породы древесины, такие как кизил , рябина , белая акация , граб , самшит, фисташковое дерево и другие, имеющие плотность более 750 кг/м3

Таблица твердости древесины различных пород. Характеристики древесины

Значение твердости древесины для каждого вида находится в определенном диапазоне, который в таблице не приводится. Значения столбца «Тест Янка» взяты из англоязычного источника, приведены для образцов древесины 12% влажности (атмосферная сушка).

Твердость — это способность материала сопротивляться пластической деформации или разрушению при местном силовом воздействии; одно из основных механических свойств материалов. Проще — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела. Зависит твердость от структуры материала и других его механических характеристик, главным образом модуля упругости при деформации и предела прочности при разрушении, количественная связь с которыми устанавливается теорией упругости.

Методы измерения твердости делятся на статические(по Бринеллю, Викерсу, Роквеллу, Кнупу) и динамические(по Шору, Шварцу, Бауману, Польди, Морину, Граве). Статическими методами твердость определяют вдавливанием в поверхность материала какого-либо твердого предмета — индентора(металлического шарика, металлического или алмазного конуса), деформацией которого можно пренебречь, или царапанием поверхности образца. Динамические методы основаны на нанесении отпечатка шариком при ударной нагрузке — при ударе или по отскоку от материала свободно падающего бойка или маятника с бойком. Иногда используют метод определения твердость по затуханию колебаний маятника при его контакте с испытуемым материалом, по сопротивлению абразивному изнашиванию, резанию, шлифованию и др.

Таблица твердости древесины является вариацией метода Бринелля и используется для оценки твёрдости древесины. Он заключается в измерении силы, необходимой для вдавливания металлического шара диаметром 0,444 дюйма (11.28мм.) в древесину на половину своего диаметра. Тест твёрдости изобрёл австриец Габриэль Янка (Gabriel Janka, 1864-1932), который исследовал проблемы упругости и твёрдости разных сортов древесины.

Значение твердости древесины для каждого вида находится в определенном диапазоне, который в таблице не приводится. Значения столбца «Тест Янка» взяты из англоязычного источника, приведены для образцов древесины 12% влажности (атмосферная сушка). Следует заметить, что при вычислении результатов берется площадь равная площади сечения шарика по диаметру, то есть ≈100мм2. Согласно же отечественной методике измерений, и данных твердости, приведенных, например, в «Древесиноведении» Перелыгина, берется площадь половины поверхности шарика(≈200мм2), вдавливаемого в поверхность измеряемого образца.

Таким образом, ежели учитывать колебания значений твердости древесины в зависимости от влажности, поверхности измерения(торцовая, тангентальная, радиальная) и условий измерений и вычислений, следует рассматривать приведенные значения в таблице, как сравнительные данные для понимания того, какая древесина тверже.

Что такое твердость древесины по Бринеллю (шкала Бринелля)

В первую очередь твердость древесины зависит от условий произрастания и от породы дерева. Разброс значений может быть весьма значительный даже в пределах одной породы. В России и Европе твердость древесины чаще всего указывают по шкале Бринелля, а в США например по шкале Janka.

Твердость по Бринеллю определяют путем вдавливания в бразец древесины закаленного стального шара диаметром 10 мм с силой в 100 кг. После вдавливания производят замер образовавшегося углубления (кратера) и рассчитывают соответствующий показатель по шкале Бринелля. Воздействие оказывают в течении 30 секунд. Показатель твердости тем выше, чем меньше образовавшаяся лунка по размерам (тем соответственно древесина тверже). Суть этого метода исследования (испытания) заключается в определении способности древесины к внедрению в нее твердых предметов.

На величину твердости оказывают влияние множество факторов: влажность древесины, вид распила (радиальный, полурадиальный, тангенциальный) и другие факторы. Все породы дерева по твердости делятся обобщенно на три группы:

1)мягкие —лиственные породы(напр. осина,ольха,липа)

2) твердые — сибирская лиственница, клен, бук, яблоня, ясень, береза (торцовая твердость от 38,6 до 82,5 МПа).

3) очень твердые — акация, кизил, самшит,