Все о плотности древесины

Плотность древесины – это важнейшая характеристика материала, которая позволяет рассчитать нагрузку при транспортировке, обработке и использовании деревянного сырья или предметов. Данный показатель измеряется в граммах на кубический сантиметр или в килограммах на кубометр, но загвоздка кроется в том, что эти показатели нельзя считать стабильными.

Плотность древесины, если говорить сухим языком определений, представляет собой отношение массы материала к его объему. На первый взгляд, определить показатель не сложно, однако плотность сильно зависит от количества пор в конкретной породе дерева и его способности удерживать влагу. Поскольку вода является более плотным веществом, чем многие виды сухой древесины и, естественно, более плотным, чем пустоты между волокнами, процент ее содержания сильно сказывается на итоговом показателе.

Ввиду всего вышесказанного выделяют два показателя плотности древесины, которые близки к самому общему определению, но при этом являются более точными.

• Удельный вес. Этот критерий также известен как базисная или условная плотность. Для замеров берут так называемое древесинное вещество – это уже не натуральный материал в первоначальном виде, а сухой блок, который спрессовывают под большим давлением для того, чтобы устранить даже пустоты. По сути, этот показатель характеризует истинную плотность деревянных волокон, но в природе, без предварительной сушки и прессовки, такой материал не встретишь. Соответственно, плотность древесины в большинстве случаев все-таки выше удельного веса.

• Объемный вес. Этот показатель уже более приближен к реальности, потому что оценивается масса даже не сушеной, а сырой древесины. Этот метод в любом случае адекватнее, потому что в нашей стране идеально сухой древесины не может быть в принципе – высушенный материал имеет свойство вбирать в себя недостающую влагу из атмосферного воздуха, снова становясь тяжелее. Ввиду этого объемный вес принято определять для древесины с определенным, четко обозначенным уровнем влажности, который для конкретного сорта является нормальным. До такого состояния свежее вещество еще надо сушить, но при этом не ставится задача добиться нулевого уровня влажности – останавливаются на том показателе, который все равно будет обеспечен законами физики при контакте с воздухом.

Аналогично наблюдается взаимосвязь плотности с влажностью и температурой. Если поры материала заполняет тяжелая вода, то и сам брусок становится тяжелее, и наоборот – при сушке материал дает лишь незначительную усадку по объему, но существенно теряет в плане массы. Температура тут замешана по еще более сложной схеме – при повышении она, с одной стороны, принуждает воду расширяться, увеличивая объем заготовки, с другой – провоцирует более быстрое испарение. При этом снижение температуры ниже нуля превращает влагу в лед, который, не прибавляя в весе, несколько увеличивается в объеме. И испарение, и замерзание влаги в древесной структуре чреваты механической деформацией бруска.

Раз зашла речь о влажности, стоит уточнить, что по её уровню выделяют три категории срубленной древесины. При этом у свежесрубленного материала содержание влаги обычно составляет не менее 50%. При показателях более 35% дерево считается сырым, показатель в пределах 25-35% позволяет считать материал полусухим, понятие абсолютной сухости начинается с 25% содержания воды и меньше.

До абсолютной сухости сырье можно довести даже при естественной сушке под навесом, а вот для достижения еще более низкого содержания воды придется использовать специальные сушильные камеры. При этом проводить измерения следует с древесиной, чья влажность не превышает 12%.

Плотность также тесно связана с абсорбцией, то есть способностью древесины конкретного сорта впитывать влагу из атмосферного воздуха. Материал с высоким показателем абсорбции априори будет плотнее – просто потому, что он постоянно забирает воду из атмосферы и в нормальных условиях не может быть мало-мальски сухим.

Зная параметры плотности дерева, можно примерно судить и о его теплопроводности. Логика очень проста: если древесина не плотная, значит, в ней много воздушных пустот, и деревянное изделие будет обладать хорошими теплоизоляционными свойствами. Если воздух обладает низкой теплопроводностью, то вода – как раз наоборот. Таким образом, высокая плотность (а значит, и содержание влаги) говорит о том, что для теплоизоляции конкретный сорт дерева совершенно не годится!

В плане горючести в целом наблюдается подобная тенденция. Поры, заполненные воздухом, сами по себе гореть не могут, но процессу и не мешают, потому неплотные сорта древесины обычно горят довольно хорошо. Высокая плотность, обусловленная значительным содержанием воды, – это прямое препятствие для распространения огня.

Наконец, плотная древесина в большинстве случаев в меньшей степени подвержена гниению. В толще такого материала просто нет свободного пространства, а влажное состояние волокон – это норма для него. Ввиду этого при обработке древесины иногда даже используют вымачивание в обыкновенной дистиллированной воде, используя это как метод защиты от воздействия нежелательных биологических факторов.

Если рассматривать определение плотности древесины сугубо с точки зрения математической формулы, то массу изделия, умноженную на параметр влажности, делят на объем, также умноженный на тот же параметр. Влажностный параметр включается в формулу ввиду того, что, впитывая воду, сухое дерево имеет свойство разбухать, то есть увеличиваться в объеме. Невооруженным глазом это может быть не заметно, но для решения большинства задач важно учитывать каждый лишний миллиметр и килограмм.

Рассматривая практическую сторону измерений, отталкиваемся от того, что перед измерениями надо сначала добиться влажностного равновесия – когда из древесины путем сушки удалена лишняя вода, но при этом материал не слишком сухой и не станет тянуть влагу из воздуха. Для каждой породы рекомендуемый параметр влажности будет своим, но в целом показатель не должен падать ниже 11%.

После этого производятся необходимые первичные измерения – замеряются габариты заготовки и на основе этих данных высчитывается объем, затем опытный кусок древесины взвешивается.

Далее заготовку отмачивают в дистиллированной воде на протяжении трех суток, хотя есть и другой критерий прекращения вымачивания – надо добиться, чтобы толщина куска выросла хотя бы на 0,1 мм. Добившись требуемого результата, разбухший фрагмент опять измеряют и взвешивают, получая максимальный объем.

Следующий шаг – длительная сушка древесины, оканчивающаяся очередным взвешиванием.

Описанные действия являются инструкцией, признанной в России на государственном уровне, – порядок операций и расчетов зафиксирован в ГОСТе 16483.1-84.

Поскольку каждый грамм и миллиметр имеют значение, стандарт регламентирует даже требования к заготовке – это пиломатериал в форме прямоугольника с длиной и шириной в 2 см при высоте 3 см. При этом для максимальной точности измерений заготовка подлежит обязательной тщательной обработке перед началом опытов. Выступы и шероховатость не должны влиять на показания.

Из вышесказанного можно было сделать предсказуемый вывод, что процедура измерения и оценки плотности древесины – задача довольно сложная и требующая весьма точных замеров. В большинстве случаев всю сложную работу за потребителя выполняют заготовители и поставщики – на упаковках той же обрезной или паркетной доски должны быть указаны все основные свойства материала.

Дело обстоит сложнее, если человек даже заготовкой древесины различных сортов занимается сам, ведь тогда никакой информативной упаковки не будет, но тогда можно найти в интернете примерные показатели плотности для каждого сорта дерева, из которых составляются целые таблицы. Важно лишь помнить, что на влажность каждого отдельного бруска влияет множество факторов, отдельно описанных выше, а значит, в конкретном случае колебания массы весьма вероятны.

В некоторых случаях возможна другая ситуация: когда перед мастером поставлена только задача, но еще нет никакой древесины для ее реализации. Сырье предстоит закупить самостоятельно, но при этом надо сообразить, какая порода окажется наиболее эффективной.

Учитывая, что плотность сказывается на многих других практических качествах древесины, можно сразу отсеять преобладающую часть неподходящих претендентов, сориентировавшись на конкретную категорию материала. Специально для этого выделяют три основные группы сортов древесины по плотности.

Невысокая плотность практична хотя бы с той точки зрения, что легкую древесину проще заготавливать и перевозить, да и грузчики будут благодарны потребителю за выбор именно такого дерева. Согласно распространенной классификации, верхним пределом плотности для дерева малой плотности являются 540, реже 530 кг/м³.

Именно к этой категории относятся основная масса промышленных хвойных пород, таких как ели и сосны, осина и многие виды ореха, каштан и кедр, ива и липа. Вишня и ольха, в зависимости от конкретного сорта и условий, могут относиться к породам с малой и средней плотностью, причем вишня – чаще к средней. Ввиду сравнительной простоты транспортировки такая древесина стоит дешевле. Еще одним очевидным аргументом в пользу ее дешевизны и востребованности является то, что значительная часть отечественных лесов сложена именно из таких пород.

Специалисты отмечают, что деревья с малой плотностью стволов больше всего распространены именно в северных регионах. Обусловлено это тем, что регионы, в которых растут леса соответствующих пород, не всегда могут обеспечить растительному миру большое количество влаги.

Древесина средней плотности – это «золотая середина» при выборе материала, которая не обладает никакими явными преимуществами, кроме того существенного момента, что у нее нет и явных недостатков. Не будучи слишком уж тяжелым, такой материал демонстрирует хорошую прочность на сжатие, не обладая явными недочетами плотных пород, вроде хорошей теплопроводности.

В категорию средней плотности входят пиломатериалы из лиственницы и березы, яблони и груши, рябины и клена, лещины и грецкого ореха, ясеня и тополя, черемухи, бука и вяза. Вишня и ольха имеют значительный разбег по показателю плотности, не позволяющий уверенно занести всех представителей породы в одну категорию – обе колеблются между малой и средней, причем ольха оказывается ближе к малой плотности. Показателями, позволяющими включить породу в категорию средней плотности, являются 540-740 кг/м³.

Повышенная плотность древесины может показаться недостатком ввиду того, что изделия из нее оказываются очень тяжелыми и массивными и не могут похвастать хорошими показателями теплоизоляции, да еще и раскалываются от удара.

При этом материал способен выдерживать значительные постоянные нагрузки без деформации, а также отличается сравнительно низкой горючестью и потрясающей долговечностью. Помимо прочего, такая древесина еще и сравнительно мало подвержена гниению.

Для попадания в категорию плотных пород нужна плотность древесины на уровне хотя бы 740 кг/м³. Из распространенных сортов древесины в первую очередь вспоминаются дуб и акация, а также граб и самшит. Сюда же следует отнести некоторые породы, не растущие в наших широтах, например, фисташковые и железные деревья.

Вывод отсюда только один: при всех своих недостатках такая древесина обладает рядом преимуществ, которые стоят того, чтобы щедро заплатить.