Древесина дуба

Сосновый брус как материал (основные преимущества):

– не меняет своей формы во время эксплуатации; – имеет большую по сравнению с обычной древесиной прочность; – имеет меньшую теплопроводность; – имеет минимальную усадку по высоте; – не растрескивается; – имеет высокое качество лицевых поверхностей; – пазы и гребни по длине бруса жестко фиксируют в брус в стене и не пропускают влагу – уплотнитель не требуется; – стена выглядит монолитной и не требует дополнительной отделки; – угловые соединения – точны и влагонепроницаемы; – позволяет существенно сэкономить сроки строительства.

Сосна (лат. Pi’nus) — род растений из семейства Сосновые (лат. Pinaceae).

Есть две версии происхождения латинского названия. Первая версия: от кельтского слова pin, что означает – скала, гора, то есть растущая на скалах. Вторая версия: от латинских слов pix, picis, что означает – смола, то есть смолистое дерево.

Существует от 105 до 125 видов сосен, которые рассеяны по всему Северному полушарию до полярного круга. В умеренном и холодном климате они образуют леса на равнинах, в тёплом обитают в горах.

Сосна – одна из наиболее распространенных пород деревьев не только в России, но и в мире. У нас она занимает примерно 1/6 часть всех лесов. Высота сосны колеблется от 20 до 40 метров. Живет сосна в среднем 300-500 лет. Сосна – быстрорастущая порода. Годовой прирост сосны в высоту при благоприятных условиях произрастания может составлять 0,8-1 м.

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:

плотность = масса/объем.

Предположим, что кубический метр абсолютно сухой древесины неизвестного происхождения весит 600 кг. Это значит, что ее плотность составит 600/1 = 600 кг/м3. Эта достаточно простая формула не учитывает дополнительные характеристики материала, такие как влажность. Она не подходит для расчета плотности свежеспиленного дерева. Также стоит отметить, что абсолютно сухая древесина не существует в природе, а создается методом промышленной сушки при высоких температурах.

Области применения различных пород древесины в строительстве

Выбор в пользу той или иной породы древесины должен быть сделан в зависимости от того, для каких целей материал будет использоваться.

Так, например, древесина мягких пород легко поддается обработке, но сложные элементы резьбы не всегда удается из нее выполнить.

Твердые же сорта необходимо использовать для создания надежных конструкций высокой прочности.

Наиболее распространенные породы древесины и стандартная область их применения:

• Ель, пихта – строевой лес, пол, стропильные конструкции, дощатая клееная древесина, средний щит столярной плиты
• Сосна-строевой лес, мебель, пол, окна, досчатая обшивка, двери.
• Лиственница-строевой лес, мебель, пол, окна, двери
• Можжевельник , туя -строительный лес; жалюзи облицовка фасада, покрытие гонтом.
• Дуб-мебель, фанера, паркет, фахверк (конструкционная древесина), окна и двери.
• Бук-мебель, ступени лестниц, паркет.
• Ясень-мебель, полы.
• Ольха-мебель, фанера.
• Клен-мебель, паркет, доски стола.

Имея информацию о характеристиках и области применения пород дерева, легче подобрать наиболее подходящий материал под конкретную задачу.

Общие технические требования

Для определения сортности обрезного и необрезного пиломатериала существуют общепринятые государственные стандарты.

Нормативные требования

Производители древесины опираются на нормативную базу, которая регламентируется такими документами как ГОСТ 24454-80, ГОСТ 8486-86, ГОСТ 2140-81 и т.д. Вся документация содержится в свободном доступе, но некоторыезначениявсе же непонятны людям, далеким от строительной сферы.

Так как на строительные площадки попадают в основном пиломатериалы хвойных пород,то самым основным документом считается ГОСТ 8486-86.

Основные выдержки, на которые стоит обратить внимание:

1. Доски и бруски подразделяются на 5 сортов, брусья — на 4.
2. Влажность древесины должна составлять не более 22%. Высушить влажную древесину практически невозможно.
3. Параметр величины шероховатости установлен до 1250 мкм, а для 4 сорта — 1600 мкм.
4. Номинальная длина изделия должна быть 1,0-6,5 м, а отклонения от нее — от -25 мм до + 50 мм.

ГОСТ 8486-86 Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия

На сорт изделий оказывает сильное влияние критерий по ограничению естественных пороков древесины. Общий список требуемых параметров по ГОСТ составляет более 30 пунктов.

Нормы и ограничения естественных пороков

Для каждого сорта древесины существуют свои нормы и ограничения естественных пороков. Данные характеристики приведены в ГОСТ в виде таблицы.

ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры

Выдержки из нормативов:

1. Сучки деревьев подразделяют на здоровые, загнившие, кромочные, частично сросшиеся. Каждый сорт древесины имеет строго регламентированное количество сучков.
2. Наклон волокон для высшего сорта не должен превышает 5%, иначе древесине установят 1-й сорт.
3. Для отборного дерева недопустимо наличие крени, плесени, червоточины, грибных и раковых пятен и инородных вкраплений.

Влажность древесины

Отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе сухой древесины является физическим показателем влажности древесины. Влажность древесины вычисляют прямым и косвенным методами.

К косвенному методу относится измерение кондуктометрическим электровлагомером, который определяет электропроводность древесины. Использование косвенного метода экономит время, но его показания могут иметь погрешность до 30%.

Прямые методы занимают значительно больше времени для измерения влажности. Суть прямых методов заключается на выделении тем или иным образом воды из древесины, при высушивании, например.

Вода, содержащаяся в древесине различают по двум типам — связанную, находящуюся в клеточных стенках и свободную, находящуюся в полостях клеток и межклеточных пространствах. Свободная вода удаляется легче, чем связанная.

Поры древесины

Показатель нормализованной влажности составляет 12%, если нет примечаний.

Физические свойства древесины. По степени влажности различают

• Мокрую древесину, которая долго находилась под водой (100%)
• Свежесрубленную древесину, которая имеет влажность растущего дерева (50-100%)
• Воздушно-сухую древесину, которая сохла на открытом воздухе (15-20%)
• Комнатно-сухую, которая длительное время находилась в отапливаемом помещении (8-12%)
• Абсолютно сухую, которая была высушена в специальных камерах, с температурой 103+-2 градуса по Цельсию.

Граб

Уникальность этого вида дерева состоит в том, что он популярен не столько в качестве пиломатериала, сколько в живом виде. Он единственный из приведённых, которой можно найти в свободной продаже.

Граб произрастает в Северном полушарии и более всего распространён в Китае. Его строение напоминает куст, но растёт он очень медленно. Именно благодаря этому сочетанию — кустистость и медленный рост — живой граб стал излюбленным материалом для мастеров садово-паркового искусства и любителей зелёных изгородей. Зелёная шапка дерева держит форму до 15 дней после стрижки, а плотность ветвей позволяет создавать непрозрачные живые скульптуры. Большую любовь граб снискал в Японии, где популярно искусство бонсай — для этого специально выводят декоративные виды.

Механические свойства древесины граба по меньшей мере впечатляют:

1. Плотность — 750 кг/м 3 .
2. Твёрдость поперечного среза — 83,5 МПа.
3. Твёрдость по Бриннелю — 3,5 кгс/мм 2 .

Эти показатели на порядок выше, чем у среднестатистического (эталонного) дуба. Однако такие свойства имеют свою цену, и заключается она в недостатках грабового пиломатериала:

1. Высокая объёмная усушка. Материал уменьшается и растрескивается при высушивании.
2. Затруднённая обработка. Из-за особенностей в строении волокон граб плохо поддаётся обычной шлифовке.
3. Медленно высушивается и с трудом обрабатывается инструментом.

Несомненное достоинство такого пиломатериала — красивая извилистая структура, иногда разного цвета (тёмно-коричневого и желтоватого). Из граба делают штучные и художественные изделия — бильярдные кии, музыкальные инструменты, сувениры и некоторые детали станков.

Табличные значения плотности древесины

В следующей таблице представлена плотность различных пород древесины:

Таблица плотности древесины
Наименование дерева	Плотность кг/м3
Акация	830
Бамбук	870
Берёза	540-700
Бук	650-700
Вишня американская	490-670
Вяз	670-710
Граб	500-820
Дуб	600-930
Ель	400-500
Кедр	580-770
Липа	320-560
Лиственница	950-1020
Ольха	380-640
Орех грецкий	500-650
Сосна	400-500
Эвкалипт	690-1110
Ясень	660-700
Бальса (Бальза)	120-160
Пихта сибирская	390-430
Секвойя	410
Тополь	400-500
Ива	460
Сосна	450-500
Красное дерево	540
Конский каштан	560
Каштан съедобный	590
Кипарис	600
Черемуха	610
Сапелли	620
Лещина	630
Клен полевой	670
Тиковое дерево	670
Груша	690
Афрормозия	700
Свитения (махагони)	700
Платан	700
Жостер (крушина)	710
Падук	750
Тисс	750
Дуссия	800
Кемпас	800
Слива	800
Сирень	800
Боярышник	800
Палисандр	800-1000
Пекан (кария)	830
Ярра	830
Мербау	840
Ятоба (мареил)	840
Керуинг	850
Кулахи	850
Мутения	850
Венге	900
Лапачо	900
Олива	900
Сандаловое дерево	900
Панга-панга	950
Самшит	960
Лим	970
Сукупира	1 000
Кумару	1 100
Эбеновое дерево (Хурма)	1 080
Черное дерево	1 160
Квебрахо	1 210
Гваякум или бакаут	1 280

Наименьшей плотностью обладают хвойные породы деревьев. Наибольшее отношение массы к объему наблюдается твердых лиственных и тропических деревьев. Это обусловлено климатическими условиями. Хвойные деревья произрастают в лесных зонах и тундрах, где наблюдается недостаток влаги. По этой причине масса у них ниже, чем у тропических или лиственных пород. На плотность этих пиломатериалов могут оказывать влияние следующие факторы:

1. Коробление – искажение формы дерева в результате внутренних напряжений.
2. Наличие масел и смол в структуре древесины.
3. Мягкость фактуры.

Плотность свежесрубленных хвойных деревьев составляет не более 850 кг/м³. Для твердых твёрдых лиственных пород значение этого показателя составляет 1000 кг/м³. Плотность клееной древесины равна плотности неклееной. Значение этого показателя для фанеры равен отношению массы древесных шпонов к его объему.

Таблица справочных значений плотности для пород деревьев

Так как стандартизированные значения плотности для древесины имееют групповой вид, пришлось полазить по англоязычным справочникам, чтобы собрать значения плотности по породам деревьев. Получилась следующая таблица: Плотность древесины наиболее встречаемых пород деревьев

Порода дерева	Плотность древесины кг/м³
Бальса (Бальза)	120-160
Пихта сибирская	390-430
Ель северная	400-450
Секвойя вечно-зелёная	410
Тополь	400-500
Ива	460
Сосна	450-500
Ольха	490
Осина	510
Липа	530
Красное дерево	540
Конский каштан	560
Каштан съедобный	590
Кипарис	600
Черемуха	610
Сапелли	620
Лещина	630
Орех грецкий	640
Берёза	650
Вишня	660
Вяз гладкий	660
Лиственница	660
Клен полевой	670
Тиковое дерево	670
Груша	690
Дуб	690
Афрормозия	700
Свитения (махагони)	700
Платан	700
Жостер (крушина)	710
Бук	720
Граб	750
Падук	750
Тисс	750
Ясень	750
Дуссия	800
Кемпас	800
Слива	800
Сирень	800
Боярышник	800
Палисандр	800 — 1000
Пекан (кария)	830
Ярра	830
Мербау	840
Ятоба (мареил)	840
Керуинг	850
Кулахи	850
Мутения	850
Венге	900
Лапачо	900
Олива	900
Сандаловое дерево	900
Панга-панга	950
Самшит	960
Лим	970
Сукупира	1 000
Кумару	1 100
Эбеновое дерево (Хурма)	1 080
Черное дерево	1 160
Квебрахо	1 210
Гваякум или бакаут	1 280

Клен

Безъядровая порода. Древесина у явора блестящая, белая, а у остальных видов клена — с красноватым или буроватым оттенком. Годичные слои заметны на всех разрезах. Сердцевинные лучи особенно хорошо видны на радиальном разрезе, создают характерную рябоватость. Клен имеет твердую, плотную древесину с красивой текстурой; прочность древесины несколько больше, чем у древесины дуба. С течением времени клен несколько желтеет.

Наиболее ценный вид клена — сахарный клен

Клен склонен к трещинообразованию, поэтому он требует очень тщательного соблюдения режима сушки.

Плотность: 530 — 650 кг/м3

Твердость: 4,5

Усушка, разбухание и коробление древесины

  Усушка — это уменьшение объёма древесины и линейных размеров при удалении из неё связанной влаги. Удаление свободной влаги не вызывает усушки. Она начинается только после полного удаления свободной влаги в момент начала удаления влаги связанной. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5 — 2 раза больше чем в радиальном.

  В среднем линейная усушка древесины наиболее большинства пород в тангенциальном направлении составляет 8 — 10 %, в радиальном 3 — 7 %, а вдоль волокон 0,1 — 0,3 %. Полная объёмная усушка находится в пределах 11 — 17 %. Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

  При сушке в древесине, вне зависимости от участия внешних нагрузок, возникают внутренние напряжения. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке (сушильные напряжения), пропитке и в процессе роста дерева. Полные сушильные напряжения удобно представить, как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений.

  Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных слоях древесины, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а во внутренних — сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения, в отличие от влажностных, не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

  Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

  Наличие различных напряжений внутри древесины может привести к её короблению.

  Коробление — это изменение формы древесины при сушке, хранении, и выпиловке. Чаще всего коробление происходит из-за различной степени усушки по разным структурным направлениям. Коробление может возникать и при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

  Разбухание — это увеличение линейных размеров и объёмов древесины при повышении содержания связанной влаги. Оно происходит при увлажнении древесины и представляет собой явление, обратное усушке. Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела гигроскопичности. Наибольшее разбухание происходит по ширине волокон (тангенциально), наименьшее – вдоль волокон.

  Разбухание, также как и усушка — отрицательные свойства древесины. Однако в некоторых случаях оно играет положительную роль, например, обеспечивает плотность соединений в лодках или винных бочках.

Акация белая

Считается самой твердой из лиственных пород нашей страны. Белая акация — ядровая порода с очень узкой заболонью желтоватого цвета, резко отграниченной от зеленовато-серого или желтовато-серого ядра. Ранняя зона годичных слоев занята кольцом крупных сосудов. Мелкие сосуды в поздней зоне образуют группы в виде точек, черточек или коротких извилистых линий; сосуды закупорены тиллами. Годичные слои хорошо видны на всех разрезах. Сердцевинные лучи узкие, но заметные. Древесина белой акации обладает красивым цветом и текстурой, высокой твердостью, прочностью и стойкостью против гниения. По физико-механическим свойствам она стоит значительно выше дуба и ясеня. Древесина не трескается и не коробится, имеет большое сопротивление трению, очень упруга и прекрасно полируется. На воздухе и под воздействием света она со временем заметно темнеет, отчего текстура становится выразительнее и ярче.

Мебель из акации. Физико-механические свойства

Физико-механическими свойствами древесины является плотность, прочность, твердость и ударная вязкость.

Тик относится к породам высокой плотности. В высушенном состоянии его плотность составляет 640 кг/м³. Плотность акации выше, чем у тика, в сухом виде она достигает 750 кг/м³. Плотность древесины влияет на ее вес, прочность и обрабатываемость.

Прочность показывает, насколько материал способен противостоять прилагаемым нагрузкам. Важными показателями являются прочность на изгиб и сжатие. Для тика их величины соответственно равны 85 МПа и 65 МПа. Прочность акации значительно выше: на изгиб – 145 МПа, на сжатие 71 МПа.

Твердость характеризует способность материала сопротивляться проникновению твердых тел. Этот показатель является первостепенным для определения обрабатываемости материала: чем он выше, тем труднее материал фрезеровать, пилить. В то же время твердые материалы хуже поддаются истиранию. И акация и тик относятся к классу твердых пород. Для тика твердость по Бринеллю – 30-35 Н/мм², а для акации – 40 Н/мм².

Ударная вязкость определяет, какую нагрузку необходимо приложить к материалу для его разрушения. Чем она выше, тем меньше поверхность деревянной мебели для сада будет содержать вмятин и царапин. И по этому показателю тик уступает акации.

Метод Юхана Августа Бринелля

Для того, чтобы определить твердость древесины применяют метод Бринелля. Его результатом является числовой показатель, в России и Европе он указывается на древесине и обозначает ее твердость. Суть самого метода состоит в следующем: в небольшой фрагмент исследуемого материала с силой 100 кг вдавливается небольшой стальной шарик диаметром 10 мм. Лунку, которая после этого остается, измеряют. Твердость дерева и показатель на шкале Бринелля тем выше, чем меньше след от шарика.

При выборе паркетного покрытия имеет смысл ознакомиться с тем, какую твердость по шкале Бринелля имеет выбранный материал. В целях увеличения длительности срока службы при изготовлении качественного паркета обычно используется древесина среднего уровня твердости. Перед тем, как совершить окончательный выбор материала для оформления пола, не будет лишним посмотреть характеристики самых популярных древесных пород.

В таблице ниже представлены численные значения твердости наиболее распространенных древесных пород по Бринеллю. Эти сравнительные данные позволяют понять, какой вид древесного материала имеет наибольшую твердость. Самые твердые древесные породы являются и самыми дорогими: как правило, это экзотические сорта дреесины.

Таблица твердости древесины по Бринеллю

Можно сказать, что твердость древесного материала отражает его способность сопротивляться внедрению инородного тела определенной формы. Условно можно выделить три группы деревьев: мягкие, твердые и очень твердые. Показатель торцовой твердости мягких деревьев равен 40 МПа. К твердым относится древесина с торцовой твердостью в диапазоне от 40 до 80 МПа. Очень твердые породы дерева характеризуются торцовой твердостью свыше 80 МПа.

Показатель ударной вязкости отражает то, насколько хорошо древесный материал способен поглощать работу при ударе, сохраняя при этом целостность. Для его определения проводятся испытания на изгиб. Шарик из стали диаметром 2,5 см сбрасывают с высоты 50 см на небольшой образец древесины. Величина образца зависит от значения показателя твердости дерева: чем меньше твердость, тем больше площадь. В среднем показатель ударной вязкости лиственных пород деревьев превышает в 2 раза показатель хвойных пород

Имеет смысл принимать его во внимание и в случаях, когда древесина подвергается систематическому истиранию и используется в изготовлении лестниц и перил, оформлении пола

Область использования

Рассматривая области применения древесины, вы выделите то, что описываемый материал был первым видом топлива, который открыли древнейшие люди. Сегодня описываемое сырье используется для получения:

· древесного угля;

· щепы;

· дров;

· древесных гранул;

· древесной пыли;

· брикетов.

Спрессованный и измельченный материал обладает более высокой плотностью, что повышает коэффициент его полезного действия. Такое биотопливо выгодно отличается от дров ведь перевозить его рационально, но не всегда удобно и может быть опасно, так как оно воспламеняется и крошится.

Ценная древесина используется в строительстве, мебельном производстве, в авиа- и судостроении, а также при производстве бумаги. Этот материал ложится в основу:

· строительных лесов;

· перекрытий;

· потолков;

· срубов;

· опалубки;

· ферм;

· стен;

· дверей;

· окон.

Применяется древесиной еще и в качестве отделочного материала. Она поставляется на рынок в виде:

· вагонки;

· плинтусов;

· паркета;

· фанеры;

· уголков;

· галтелей;

· паркетных щитов.

Твердость

Такая характеристика, как твердость будет зависеть от породы. Древесина по этому параметру классифицируется на отдельные группы, среди них:

· материалы средней твердости;

· мягкая древесина;

· очень мягкая;

· очень твердая;

· твердая;

· твердая как кость.

Твердость древесины определяется в Америке и Европе по разным шкалам. В России используется шкала Бринелля. У осины описываемый параметр составляет 4,1, у полевого клена – 4,2. Самая высокая твердость свойственна падуку, в данном случае она составляет 8.

Суть метода определения твердости заключается в вдавливании шарика в поверхность с силой 100 кг. По диаметру лунки и характеру повреждения определяется твердость. Если древесина имеет более высокий коэффициент твердости, то она окажется крепче и надежнее пород с меньшим показателем.

Знакомясь с механическими свойствами древесины, вы сможете понять, что изменения в твердости будут происходить во время работы с заготовками. Например, твердость будет меняться в зависимости от распила. Используя радиальный распил, вы почувствуете более высокую твердость, чем при тангенциальной обработке материала.

Область использования легкого древа

Самой легкой древесиной является бальза. Она относится к семейству мальвовых и произрастает в Южной Америке. Из этого сырья был построен плот норвежского путешественника, на котором он совершил путь через тихий океан. Сверхлегкая древесина используется в авиационной промышленности в качестве материала для звуко- и теплоизоляции.

Применяется бальза в судостроении и судомоделировании. Сырье ложится в основу досок для серфинга. Используется для изготовления:

· макетов;

· декораций;

· оборудования для спасения на водах;

· поплавков.

Легкость обусловлена быстротой роста. К пяти годам дерево становится взрослым. Крупные растения обладают прочной и легкой древесиной, которая считается самой легкой в высушенном состоянии. В свежесрубленном виде древесина тяжелая, так как содержит до 95 % воды. Материал быстро высыхает и становится плотным, довольно крепким и легким. При сравнении с популярной сосной конструкции из бальзы получаются более прочными, жесткими и легкими.

Бальза легко поддается обработке, но требует для этого специального инструмента с малым углом заострения и тонким лезвием. Окрашиванию детали из древесины подаются плохо, что особенно касается красок и лаков. Возможно использование смеси и на водной основе или составов в виде спиртовых протрав.

Береза

Древесина белая с желтоватым или красноватым оттенком. Годичные слои заметны плохо. Сердцевинные лучи видны лишь на строго радиальных разрезах (расколах). Древесина карельской березы вязкая и твердая, легко поддается столярной обработке. Среди лиственных светлых пород ей нет равных по красоте текстуры. Очень высоко ценится в мозаичных работах и как поделочный материал.

В отличие от других пород древесины береза не имеет существенных отличий в свойствах радиального и тангенциального распилов, но очень подвержена влиянию влаги, за что специалисты относят его к так называемым “капризным” породам. Древесина березы прекрасно тонируется, открывая практически неограниченные возможности для дизайна.

При сушке, дерево может искривляться. Древесина после просушки гладкая, с матовым блеском и ее поверхности легко отделываются.

Плотность: 630 кг/м3

Твердость — 2,1–3,6