Влага в древесине

2. Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением

Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель - влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины: W = (m - m0) / m0 * 100, где m - начальная масса образца древесины, г, а m0 - масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Измерение влажности осуществляется прямыми или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но имеют недостаток - довольно продолжительную процедуру. Этого недостатка лишены косвенные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. Однако и эти способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания в диапазоне от 7 до 30% и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную и свободную. Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

При испытаниях с целью определения показателей физико-механических свойств древесины её кондиционируют, приводя к нормализованной влажности. Если нет особых примечаний, то показатель равен 12%.

На практике по степени влажности различают древесину:

мокрую, W > 100%, длительное время находившуюся в воде;

свежесрубленную, W = 50-100%, сохранившую влажность растущего дерева;

воздушно-сухую, W = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе;

комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении;

абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.

Усушка. Уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды называется усушкой. Удаление свободной воды не вызывает усушки. 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.

Под полной усушкой, или максимальной усушкой Bmax понимают уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды.

Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

Bmax = (amax - amin) / amax * 100,

где amax и amin - размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

Полная линейная усушка древесины наиболее распространённых отечественных 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.

Внутренние напряжения возникают в древесине без участия внешних нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке - сушильные напряжения, пропитке и в процессе роста дерева.

Полные сушильные напряжения удобно как совокупность двух составляющих - влажностных и остаточных напряжений.

Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски - 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.

Коробление. Изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и неправильном хранении называется короблением. Чаще всего коробление происходит из-за различая усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Продольная покоробленность бывает: бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

На рисунки ниже изображены виды покоробленности: А - поперечная: а - желобчатая, б - трапециевидная, в - ромбовидная, г - овальная; Б - продольная: д - по кромке, е - по пласти, ж - крыловатость.

Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

Режимом сушки называется расписание параметров сушильного агента (сочетание Тс и Тм или Тс и?) в зависимости от состояния древесины или времени.

Рациональным называется режим сушки, обеспечивающий получение материала требуемого качества при минимальной продолжительности процесса.

Для низкотемпературного режима сушки установлено три категории режимов сушки: мягкие, нормальные и форсированные.

Мягкие режимы (М), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, в том числе ее прочности, цвета и состояния в ней смолы, рекомендуются для сушки до транспортной влажности экспортных пиломатериалов и в отдельных случаях пиломатериалов внутрироссийского потребления высших сортов.

Нормальные режимы (Н), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при практически полном сохранении прочностных показателей древесины с возможными незначительными изменениями ее цвета, рекомендуются для сушки пиломатериалов внутрироссийского потребления до любой конечной влажности.

Форсированные режимы (Ф), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при сохранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при некотором (до 20%) снижении прочности на скалывание и сопротивление раскалыванию с возможным потемнением древесины, рекомендуются для сушки до эксплуатационной влажности пиломатериалов, предназначенных для изделий и узлов, работающих с большим запасом прочности.

Выбор режима сушки зависит от трех основных факторов: породы, толщины и назначения материала, подлежащего сушке.

В зависимости от назначения высушиваемых пиломатериалов устанавливается четыре категории качества сушки.

I категория – сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности, обеспечивающая возможность особо точной механической обработки, а также сборки деталей и узлов наиболее ответственных изделий (точное машиностроение и приборостроение, музыкальные инструменты, производство моделей и т.п.).

II категория – сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности, обеспечивающая возможность точной механической обработки, а также сборки деталей и узлов квалифицированных изделий (мебельное производство, футляры для радио- и теле аппаратуры, столярно-строительные изделия и т.п.).

III категория – сушка пиломатериалов до эксплуатационной влажности для менее ответственных составных частей изделий (тара, строительный погонаж и т.п.).

0 (нулевая) категория – сушка до транспортной влажности (16…20)% товарных пиломатериалов, в том числе экспортных.

В таблице 2 приведены рекомендации по выбору категории качества и режима сушки в зависимости от их назначения.

Рекомендации по выбору категории качества, режима сушки и конечной влажности в зависимости от назначения материала

Режимы (таблицы 3 и 4) предусматривают трехступенчатое изменение параметров сушильного агента в зависимости от влажности древесины. Влажность, при которой переходят со ступени на ступень, называют переходной влажностью. Для хвойных пород установлена переходная влажность 35 и 25%.

При начальной влажности ниже 35% первую ступень режима не используют. При сушке до транспортной влажности не используют третью ступень режима.

Время перехода со ступени на ступень определяют по фактической влажности древесины. Процесс сушки прекращают при достижении древесиной заданной средней влажности.

Режимы, регламентируемые таблицами 1 и 2, предназначены для сушильных камер, обеспечивающих скорость циркуляции сушильного агента в штабеле от 1 до 2,5 м/с. При фактической скорости в штабеле ниже 1 м/с психрометрическую разность на первой и второй ступенях процесса увеличивают по сравнению с табличной на 10С, а при фактической скорости выше 2,5 м/с – уменьшают на 1°С.

Режимы низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов лиственных пород и условия их применения (по ГОСТ 19773-84)

1. Режимы низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов из древесины березы приведены в таблице 3, а из древесины осины, ольхи, липы, тополя – в таблице 4. Обозначение конкретного режима состоит из индекса (Б или О), характеризующего породу или группу пород, номера, соответствующего определенной группе толщин и прописной буквы (М, Н или Ф), указывающей категорию режимов. Например, нормальный режим сушки березовых досок или заготовок толщиной 40 мм обозначается Б3-Н.

2. Режимы, приведенные в таблицах 3 и 4, предусматривают трехступенчатое изменение параметров сушильного агента со значениями переходной влажности древесины 35 и 25%.

При начальной влажности древесины ниже 35% первую ступень режима не используют.

3. Режимы сушки пиломатериалов твердых лиственных пород (клен, бук, дуб, ильм, граб, ясень, орех) приведены в таблицах 5, 6, 7. Для них установлена одна (нормальная) категория режимов. Обозначение конкретного режима состоит из индекса (К, Я или Д), характеризующего группу пород, и номера, соответствующего определенной группе толщины. Например,. режим сушки ясеневых и ильмовых досок или заготовок толщиной 45 мм обозначается Я4.

4. Режимы сушки пиломатериалов твердых лиственных пород предусматривают:

при толщине до 32 мм – трехступенчатое изменение параметров сушильного агента со значениями переходной влажности древесины 35 и 25 %;

при толщине св. 32 до 50 мм – четырехступенчатое изменение параметров сушильного агента со значениями переходной влажности древесины 35, 25 и 15%;

при толщине св. 50 мм – пятиступенчатое изменение параметров сушильного агента со значениями переходной влажности древесины 35, 25, 20 и 15%;

при начальной влажности древесины ниже 35% первую ступень режима не используют.

Сушильная камера периодического действи я загружается и разгружается полностью, а весь материал в ней просушивается одновременно, причём режим сушки древесины изменяется во времени, оставаясь одинаковым для всего объёма загруженного пиломатериала. В зависимости от схемы циркуляции сушильные камеры периодического действия подразделяются на группы: с вертикально-поперечным или горизонтально-поперечным обдувом штабеля.

В туннельных сушильных камерах (неприрывного действия), загруженных постоянно, материал перемещается по мере высушивания от загрузочного к разгрузочному концу. В сушильных камерах этого типа состояние воздуха изменяется по их длине, оставаясь в каждой зоне постоянным во времени. Туннельные сушильные камеры применяются для массовой сушки однородных не очень толстых пиломатериалов с годовой потребностью более 15 тысяч кубометров сухой древесины. При этом возможна сушка пиломатериалов, идущих на столярно-строительные изделия неответственного назначения по III категории качества сушки.

По характеру сушильного агента различают сушильные камеры воздушные (сушильный агент - воздух), газовые (сушильный агент - топочные газы или их смесь с воздухом) и работающие в среде перегретого пара при атмосферном давлении (высокотемпературные). По характеру движения сушильного агента в штабеле сушильные камеры могут быть с естественной или побудительной циркуляцией. При естественной циркуляции воздух движется через штабель в сушильной камере за счёт изменения его плотности при испарении влаги. В таких сушильных камерах рекомендутся укладка штабеля на прокладках со шпациями. При побудительной циркуляции движение воздуха в сушильной камере осуществляется вентиляторами. В этих сушильных установках рекомендуется укладывать штабель на прокладках плотными горизонтальными рядами (без шпаций).

Движение сушильного агента по материалу периодически изменяющееся на противоположное, называется реверсивным. Следует проводить ежечасное (желательно, автоматическое) реверсирование потока воздуха по материалу в реверсивных сушильных камерах.

По кратности циркуляции агента сушки сушильные камеры могут быть с одно- и многократной циркуляцией. В сушильных камерах с однократной циркуляцией агент сушки после прохождения через высушиваемый пиломатериал полностью выбрасывается в атмосферу. В сушилках с многократной циркуляцией он выбрасывается лишь частично. Один и тот же воздух проходит несколько раз через высушиваемый пиломатериал.

По источнику теплоснабжения сушильные камеры могут быть паровые, электрические и газовые. В газовых сушилках топливом может являться природный газ или отходы древесины.

По способу передачи тепла от теплоносителя к пиломатериалу различают камеры калориферные и бескалориферные.

В зависимости от интенсификации циркуляции агента сушки камеры периодического действия подразделяются: с естественной циркуляцией, со слабой побудительной циркуляцией (0,5 м/с), со средней циркуляцией (1 м/с) и с мощной циркуляцией (2 м/с и более).

Древесине угрожают гниение и огонь. Кроме того, древесина — это желанная пища для личинок различных жуков и питательная среда для грибков, разлагающих ее. И те и другие являются вредителями древесины.

До сих пор действенных средств защиты древесины от огня не найдено. Однако определенные химические вещества и применение легких плит из древесной шерсти делают древесину трудновоспламеняемой, и уже это может защитить дом от загорания. Но все же лучшая защита — осторожное обращение с открытым огнем и искрящимися предметами (например, при сварке и заточке инструмента), использование исправных электропроводки и электроприборов, немедленная ликвидация их неисправностей.

Гниение является следствием переменной влажности и сырости. Намоченное, но своевременно высушенное дерево не загниет. Конструктивная защита от гниения означает выбор таких решений, которые препятствуют намоканию древесины или не дают развиваться процессу гниения.

Поверхность древесины чувствительна не только к влажности, но и к любой грязи и механическим повреждениям. Имеется множество возможностей защитить дерево от этих воздействий. Необходимые домашнему мастеру рекомендации приведены в гл. 8.

Здоровая древесина, правильно обработанная и заботливо обихаживаемая, не подвергается нашествию вредителей. Для профилактической защиты древесины достаточно имеющихся биологических средств защиты. Проблемы возникают, если она уже поражена. Замена пораженных деревянных деталей, как правило, невозможна, так как зачастую пораженной бывает не только какой-то один элемент, а большая часть конструкции. Кроме того, велики технические сложности, например связанные с заменой стропил или потолочных конструкций. Здесь нет другого пути, как применение предлагаемых химией средств защиты древесины от вредителей. В последнее время для борьбы с личинками жуков используют перегретый воздух. Этот альтернативный применению ядов способ борьбы не оказывает вредного влияния на здоровье человека.

Конструктивная защита древесины

Влажная древесина при гниении создает идеальную питательную среду для вредителей. Конструктивная защита направлена на то, чтобы древесина не увлажнялась, а намокнув — не оставалась сырой и, как только позволит погода, высыхала.

Один из способов конструктивной защиты — обналичивание наружных поверхностей; используемые при этом доски не должны иметь участков сердцевины, так как сердцевина загнивает очень быстро.

Доски необходимо пришивать только вертикально (так как в этом случае вода стекает со стен быстрее) и ни в коем случае — горизонтально. Деревянная обшивка должна быть защищена навесом крыши достаточной длины, предохраняющим стыки от прямого попадания дождя. Для того чтобы вода стекала как можно быстрее, доски должны внизу стесываться внутрь для образования капельника.

Воздух должен просачиваться из помещений через деревянную обшивку зданий наружу. Обшивка сделана правильно, если доски не касаются цоколя и не доходят до него на 1—2 см.

Дата добавления: 2015-08-17