木材の密度は強度指標にはならない?

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木材の密度は強度指標にはならない?

日本において、木材密度強度指標にはなっていませんが、材料の性質を知る上では極めて重要な指標になります。

木材の密度は単位体積あたりの重さ(質量)をいい、単位はkg/m3またはg/m3を使います。

木材はたとえ同じ材料であっても、含水率条件によって重量、寸法ともに変動するため、結果として密度の値も変化します。

木材の密度にはいくつかの表現方法がありますが、一般には気乾「きかん」状態(平衡含水率:約15%)での「気乾密度」と全乾「ぜんかん」(一切水分を含まない)状態での「全乾密度」を指標にします。

尚、密度は以下の諸性質と関係が深いことがわかっていますが、あくまで一般論であって例外も多いので注意が必要です。

(1)強度: 木材の強度は節などの欠点がなければ、おおむね密度に比例して上昇します。ヨーロッパなどではこの考え方を用いて、密度によって樹種を大きく区分し、その区分に応じて強度等級を与える方式を採用しています。
(2)乾燥性: 木材の乾燥はまず自由水【細胞内の空洞や細胞壁の隙間にあって、比較的自由に移動できる水分】が、次いで結合水【細胞壁中にあって木材を構成する各種成分と物理化学的に結合している水分】が離脱して行きます。このときの乾燥エネルギーは結合水の離脱時により多くを必要とします。繊維飽和点(含水率約28%)は樹種に関わらずほぼ同じことから、密度の大きい材ほど乾燥には時間が掛かります。
(3)収縮、膨潤: 木材の収縮、膨潤は木材実質部の結合水の状態変化に起因するため、密度が大きい材ほど収縮、膨潤の変化も大きくなります。
(4)熱的性質: 木材を暖めるために必要な熱量(比熱)や木材中に蓄えられる熱量(熱容量)は木材中の空気部分に依存するため、密度との関係は密接ではありません。しかし、熱の移動は木材実質部を伝わっていくため、熱伝導率(熱の伝わりやすさ)は密度の大きい材ほど高く、いわゆる「断熱性能」は密度の小さい材ほど高くなります。
(5)音: 音に対する性質には吸音(内部で吸収される音の比率)、遮音(通り抜ける音の比率、透過率で表現される)、個体伝搬音(材料が振動して伝わっていく)がありますが、このうち密度に関係するのは遮音性のみで、密度の大きい材ほど性能がよくなります。

その他、接着強さは一般に800kg/m3までは密度に比例して大きくなり、加工性能は一般に密度が大きい材ほど加工しにくいということが言えますが、樹種の組織的特徴もあり例外が多いようです。耐火性能については、密度が大きいものほど優れているというデータがあります。

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