Влажность древесины. Естественная влажность древесины Свободная и связанная влага

Дерево - живое растение, которое естественным образом впитывает воду для поддержания жизнедеятельности. Спиленное недавно, оно содержит значительный процент влажности, у разных пород он индивидуален. Тем не менее, это значение необходимо учитывать при покупке материала, чтобы понять, пригодна древесина к дальнейшей обработке и использованию или еще нуждается в сушке.

Виды влажности

Абсолютная - отношение массы жидкости в объеме древесины к массе сухого образца того же размера.

Относительная показывает количество влаги относительно массы этого же образца дерева в том же состоянии.

В природном материале соседствуют связанная и свободная влага:

Свободная находится в межклеточном пространстве и составляет артерии дерева. Такая легко удаляется при сушке и не влияет на качество заготовки;
Связанная содержится в клетках дерева.

Нормы

Влажность пород древесины регламентируют нормативные документы:

СНиП II-25-80;
СП 64.133330.2011;
ГОСТ 16483.7-71*;
ГОСТ 17231-78.

Существуют нормы влажности для древесины по классу использования материала. Для каждой отдельной породы величину определить сложно: в каких условиях росло растение, какой сезон выдался, в какой местности производили рубку - все факторы отображаются на количестве влаги в одной особи. Средние значения:

Влажность древесины: норма по ГОСТ определена для готовых конструкций в разных условиях эксплуатации.

Определение влажности

Чтобы определить, сколько процентов естественная влажность древесины, следует воспользоваться одним из методов:

Самый простой и распространенный - использование влагометра - электрического прибора, работа которого основана на измерении электропроводности измеряемого сырья. В древесину вставляют 3 игольчатых электрода, прибор пускает по ним разряд и выводит искомое значение на экран.
Зонды с четырьмя иглами для работы со стружкой основаны на том же принципе работы.

Как определить влажность древесины без влагомера

Точный расчет с погрешностью измерения не более 1% описывает ГОСТ 17231-78. Упрощенный алгоритм:

Берут отрез древесины взвешивают его.
Образец помещают в сушильную камеру с температурой воздуха +103°C до получения постоянной массы.
Высушенный отрез охлаждают до комнатной температуры и снова взвешивают.
Определяют влажность исходника по формуле:
- W=(m-m0)/m0*100%, где m и m0 - масса древесины до и после сушки.

Определение приборами может дать погрешность до 10%:

Электроды проникают на незначительную глубину, вода в стволе или изделии распределена неравномерно. При высыхании верхние слои становятся более сухими.
Каждая порода по-разному расстается с влагой.
Удельное электрическое сопротивление разных видов деревьев индивидуально, универсальные приборы это не учитывают.

Описанные ГОСТом методы громоздки и длительны, определение значения может занять несколько дней и требует специального оборудования.

Опытные мастера определяют влажность дерева по внешнему виду:

По цвету породы;
По наличию ;
По короблению и т.д.

Готовность древесины к обработке можно определить самостоятельно:

По качеству коры: у влажного дерева она насыщенная и мягкая, в процессе сушки корка огрубевает;
По месту распила: свежее растение влажное наощупь;
По стружке: при сжатии пучка она не должна слипнуться - такая нет готова к обработке, изделие даст значительную усадку.
Наличие равномерно распределенных неглубоких трещин говорит о зрелости материала, глубоки - о пересыхании и неоднородности.

Как материал, дерево для строительства дома отличается прочностью, стойкостью и долголетием. В подходящих условиях оно сохраняется в течение многих столетий. Гибнут деревянные здания не из-за старости - пагубное воздействие на них оказывает чрезмерное содержание влаги в древесине.

В живом дереве вода, как и в любом природном материале, присутствует в обязательном порядке. Будучи спиленным, оно начинает высыхать, отдавая влагу и теряя вес. Но в естественных условиях, под дождем или снегом, этот процесс занимает не один год. Поэтому дерево для строительства домов нужно высушивать принудительно.

Связанная и свободная влага

Относительная влажность древесины для строительства домов измеряется как соотношение между значением первоначального веса дерева и веса абсолютно сухого дерева. В структуре материала влага пропитывает клеточные оболочки (это связанная, или гигроскопическая влага) и заполняет полости клеток и межклеточные пространства (свободная, или капиллярная влага).

При высыхании из материала сначала испаряется свободная влага, затем постепенно уходит и связанная влага. В промышленном производстве этот процесс ускоряют, применяя искусственную сушку дерева для строительства дома в специальных камерах.

3 опасности использования влажного дерева для строительства дома

Повреждение деревянных конструкций. Дерево отличается неравномерностью структуры, поэтому результаты его высушивания могут быть разными. Кроме того, при покупке есть вероятность попасть на продукцию нерадивого производителя, который не соблюдает технологические требования.
Применение недосушенной древесины для строительства домов чревато ухудшением качества деревянных конструкций и даже их полным разрушением. Чрезмерное содержание влаги приводит к изменению формы и размера конструкций и изделий. Дерево расширяется, разбухает, коробится или искривляется.
Гниение дерева и отделочных материалов. Кроме того, непросушенная до конца древесина будет высыхать естественным образом, отдавая влагу окружающему воздуху. Если дерево «спрятать» за отделочные и изоляционные материалы (например, уложить в качестве балки перекрытия), то воде некуда будет деваться, и она станет оседать на поверхности древесины (конденсироваться). В конце концов, влага проступит на потолке или стенах, образовав темные и некрасивые пятна.
Накопление конденсата со временем приведет к образованию грибков и плесени, появлению гнили. Со временем они уничтожают клетки древесины, вызывают разложение и раскалывание целлюлозы. Если не предотвратить процесс или не остановить его своевременно, то за несколько месяцев гниль «проест» дерево насквозь. В итоге балка или стропильная конструкция рухнет, потянув за собой другие строительные и отделочные материалы.
Ухудшение микроклимата. Увеличенный уровень относительной влажности в деревянном доме во многом нивелирует положительные качества такого строения. Вместо здоровой атмосферы домовладелец получает микроклимат, в котором быстрее развиваются болезнетворные бактерии. А плесень и грибки способны вызывать аллергию, особенно у детей.

Опасность низкой влажности дерева в строительстве домов

При этом надо понимать, что абсолютно сухое дерево может применяться только в мебельном производстве (для эксплуатации внутри помещения). Вся древесина для строительства домов должна обладать определенным (равновесным) уровнем влажности. При данном показателе материал не отдает и не поглощает влагу и надежно служит долгие годы.

Решение проблемы. Как высушить дерево в построенном доме

Чтобы избежать проблем в будущем, во вновь построенном деревянном доме (из бревен или клееного бруса) не следует сразу же делать ремонт и завозить в него мебель. Здание должно «отстояться» хотя бы полгода. В течение этого периода конструкционная древесина окончательно подсохнет и наберет необходимую прочность.

Однако если с течением времени в готовом и обжитом доме в деревянных конструкциях обнаружены проблемы с содержанием влаги (пятна на потолке, запах плесени или гниения), то для дерева понадобится создать условия для высыхания, то есть обеспечить доступ воздуха.

Для этого придется демонтировать все отделочные и изоляционные материалы, которые закрывают проблемную конструкцию. В таких условиях дерево высохнет достаточно быстро, в течение трех-четырех недель. Ни в коем случае не следует ускорять процесс при помощи обогревателей или строительных фенов. Обнаруженные на древесине плесень или грибки надо удалить, зачистить поверхность и покрыть ее защитным антисептическим составом.

Древесина относится к тем материалам, которые чутко реагируют на изменения во внешней среде, в первую очередь на колебания температуры и влажности. Одно из ключевых свойств дерева - способность поглощать атмосферную влагу, т.е. гигроскопичность.

Что такое естественная влажность древесины?

Под естественной влажностью древесины подразумевают ту влажность, которая имеется в еще растущем состоянии дерева либо после его спиливания и распиливания на отдельные элементы без какой бы то ни было дополнительной сушки. Этот показатель варьируется в очень широких пределах - в среднем от 30% до 80%, конкретные цифры зависят от конкретного вида древесины.

Хвойные породы характеризуются наибольшей естественной влажностью:

Ель - 90%;
Разные виды сосен - 88-92%;
Пихта - 90-92%;
Лиственница - 80-82%

Мягкие лиственные породы:

Ива - 85%;
Осина, ольха - 80-82%;
Липа - в среднем 60%.

Твердые лиственные породы:

Разные сорта берез - 68-78%;
Бук - 65%;
Вяз - 75-78%;
Граб - 60%;
Дуб - 50%.

При этом древесина, срубленная в зимний период имеет меньший уровень влажности, чем летняя.

Как и зачем древесину просушивают?

После распиливания на отдельные доски/брусья древесина высушивается в атмосферных условиях либо с применением камер, гидрофобных жидкостей, различных нагревательных элементов.

Сушка древесины защищает или по крайней мере снижает вероятность ее гниения, предотвращает деформации формы и размеров, улучшает качество отделки готового изделия, повышает прочность клеевых соединений. В процессе сушки происходит не только уменьшение веса деревянного элемента за счет потери воды, но и небольшое изменение размеров - до 5-7% в длину, ширину либо высоту.

Главная цель сушки - привести древесину к т.н. равновесной влажности, т.е. такой, которую она бы приобрела спустя определенное время эксплуатации в конкретных условиях. Если этого не сделать искусственно, то процесс будет происходить естественным путем - к примеру, двери начнут сыреть и набухать, паркет или вагонка могут ссохнуться, и в итоге на стыках отдельных элементов появятся щели и т.д.

В зависимости от того, где и в каких условиях впоследствии эксплуатируется изделие из данной древесины, ее высушивают до определенного уровня влажности. Так для напольных покрытий оптимальной влажностью будет 6-8%, для тех предметов, которые будут контактировать с атмосферным воздухом (т.е. оконных рам, дверей) - 11-12% или даже более в случае влажного климата в регионе.

Из бревен какой влажности можно создать надежные и теплые деревянные рубленые дома ? Специалисты считают, что для строительства надо выбирать материал только естественной влажности. Почему?

Секреты древнего деревянного домостроения, гласят, что деревянный рубленный дом надо строить из бревен естественной влажности. И это неудивительно, ведь такой материал имеет много преимуществ, которые можно обосновать с точки зрения современных данных. Хотя надо сказать, что долговечность бревенчатых домов, построенных в старину, которые стоят уже несколько веков, сама по себе является доказательством правоты древних мастеров. Но все-таки, почему же естественная влажность древесины так важна?

От свойств строительного материала, в частности сейчас мы говорим о древесине, сильно зависят прочностные характеристики дома. При неравновесной влажности воздуха дерево забирает или отдает влагу, при этом его диаметр меняется. Так, при большой влажности бревна впитывают воду и увеличиваются в объеме, а при сухом воздухе дерево усыхает. Если наблюдается резкое изменение влажности воздуха, внутри бревна возникают напряжения, которые становятся причиной растрескивания и деформации. Чтобы этого избежать необходимо при производстве (на всех его этапах) вести контроль над влажностью пиломатериала.

Различают такие виды пиломатериала:

Мокрая древесина. Ее влажность равна практически ста процентам. Такое получается тогда, когда пиломатериал долгое время пробыл в воде. Такой материал никогда не используется при строительстве.
Древесина естественной влажности, недавно срубленная. Влажность такого пиломатериала зависит от породы дерева, времени вырубки и составляет от пятидесяти до восьмидесяти процентов.
Воздушно-сухой пиломатериал. Это дерево долго хранилось на улице, влажность его колеблется от пятнадцати до двадцати процентов.
Комнатно-сухой пиломатериал. Это дерево, которое долго хранилось на складе, его влажность - от восьми до десяти процентов.
Полностью сухой пиломатериал. Это дерево после принудительной просушки в специальных камерах, его влажность не более двух процентов.

Специалисты говорят, что если бревна для домового комплекта подвергнуть принудительной просушке или долго хранить в несобранном виде, тогда они могут деформироваться.

Дерево теряет свою влагу до тех пор, пока влажность его не достигнет определенного уровня. Уровень зависит от атмосферных условий. Такой же процесс проходит и при впитывании (сорбции) влаги.

Если полностью сухой пиломатериал вынести на улицу, привезти на стройплощадку, то он начнет впитывать влагу из воздуха, что станет причиной его разбухания или искривления. Практика показала, что дом, срубленный из сухого дерева, не дает равномерной усадки.

В отличие от конструкции из бревен естественной влажности, сруб из принудительно просушенного бревна не уменьшается в размерах (усыхает), а увеличивается (разбухает). В этом случае стены искривляются наружу, могут расходиться венцы и крыша. Убрать полностью последствия этого процесса непросто, дорого и часто нереально. Даже сосна, которая считается прочной породой дерева, теряет свою прочность до шести процентов, тогда как ее ударная вязкость увеличивается в среднем на десять процентов.

Если же домовой комплект срублен из бревен естественной влажности, тогда понижение влажности в дереве происходит постепенно. При этом объем дома уменьшается, под воздействием собственного веса венцы плотно ложатся на свои места. В результате плотного прилегания бревен стены меньше продуваются, а значит и на утепление надо будет потратить меньше сил и финансов.

При возведении конструкций из древесины естественной влажности нельзя делать жесткую фиксацию. Примерно два года идет основная усадка домовой конструкции, которой нельзя мешать. Усадка может составить от трех до семи процентов - размер зависит от породы дерева и условий окружающей среды.

Важно помнить, что усушка и разбухание пиломатериала вдоль и поперек волокон идет с разной скоростью, поэтому все вертикальные элементы дома надо оснастить компенсаторами.

При помощи компенсаторных устройств можно регулировать высоту дома и геометрические пропорции. Для надежности венцы крепятся между собой при помощи нагелей из дерева, которые монтируются в шахматном порядке через полтора метра друг от друга.

Мастера, когда создают деревянные рубленные дома, помнят, что усушка - это неравномерный процесс. Он может идти по-разному снаружи и внутри дома.

Поэтому при производстве домового комплекта делают технологические зазоры, которые препятствуют изначальному плотному прилеганию по пазу, ведь это впоследствии становится причиной появления больших щелей.

Секретов строительства бревенчатых домов много и только опытные мастера могут построить теплый и надежный дом, который простоит несколько веков.

Древесина представляет из себя капиллярно-пористый материал (гетерокапиллярную систему), который состоит в основном из гидрофильных компонентов, и поэтому она постоянно содержит большее либо меньшее количество воды. В живом дереве вода нужна для обеспечения его жизнедеятельности. Содержание воды характеризуется влажностью древесины . Влажность — одна из основных характеристик древесины.

Влажностью древесины называется количество содержащейся в ней воды. Влажность древесин ы влияет на свойства древесины и на пригодность древесины в строительных целях. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к сухой массе древесины. Влажность древесины — отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах.

Влажность древесины и взаимодействие древесины и ее компонентов с водой имеют важное значение для механической и химической технологии древесины, например, для пропитки древесины растворами химических реагентов, антисептиков, антипиренов и т.д., при сплаве и хранении лесоматериалов в воде.

Вода играет роль при активации целлюлозы перед проведением химических реакций. Взаимодействие целлюлозы с водой в бумажной массе при размоле и последующее удаление воды при формовании бумажного листа обусловливают образование прочных межволоконных связей в бумаге.

Свойства древесины напрямую определяют свойства деревянных изделий. При избыточной или недостаточной влажности древесина обычно впитывает или отдает влагу, соответственно увеличиваясь или уменьшаясь в объеме. При высокой влажности в помещении древесина может разбухать, а при недостатке влаги она, как правило, усыхает, поэтому все деревянные изделия, в том числе напольные покрытия, требуют тщательного ухода. Для предотвращения деформации напольного покрытия в помещении необходимо поддерживать постоянную температуру и влажность.

Выделяют два понятия - относительную влажность древесины и абсолютную влажность древесины.

- массовая доля воды, выраженная в процентах по отношению к массе влажной древесины.

Абсолютная влажность древесины (влагосодержание) - массовая доля воды, выраженная в про центах по отношению к массе абсолютно сухой древесины. Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины. Согласно ГОСТу, абсолютная влажность паркета должна составлять 9%(+/- 3%).

Абсолютно сухой древесиной условно называют древесину, высушенную до постоянной массы при температуре (104±2)°С. Значения относительной влажности древесины нужны для анализа древесины при расчете массовых долей ее компонентов в процентах по отношению к абсолютно сухой древесине. Абсолютную влажность древесины (влагосодержание) используют для количественной характеристики образцов древесины при сравнении их по содержанию воды.

По степени влажности древесину различают на следующие виды:

Мокрая древесина. Ее влажность составляет более 100%. Это возможно только при условии, что древесина долгое время находилась в воде.

Свежесрубленная. Ее влажность составляет от 50 до 100%.

Воздушно-сухая. Такая древесина обычно долгое время хранится на воздухе. Ее влажность может составлять 15-20%, в зависимости от климатических условий и времени года.

Комнатно-сухая древесина. Ее влажность обычно равна 8-10%.

Абсолютно сухая. Ее влажность равна 0%.

График увлажнения древесины: 1 – горячей водой; 2 – насыщенным паром; 3 – холодной водой

Вода в дереве распределяется неравномерно: корни и ветки содержат больше воды, чем ствол; комель и вершина - больше средней части ствола; заболонная древесина хвойных пород - больше, чем ядровая и спелая древесина. В древесине лиственных пород вода распределяется по поперечному сечению ствола более равномерно, причем у некоторых древесных пород (например, у дуба) влажность ядра значительно выше, чем у хвойных пород. В коре влажность луба значительно (в 7…10 раз и более) выше, чем у корки.

Свежесрубленная древесина имеет влажность 80 - 100%, влажность сплавной древесины достигает до 200%. У хвойных пород влажность ядра в 2 - 3 раза ниже влажности заболони.

В строительной практике по влагосодержанию древесину принято различать:

свежесрубленная древесина с абсолютной влажностью в среднем от 50 до 100% в зависимости от времени рубки (содержание воды значительно выше весной и меньше всего в зимний период), а также древесной породы и условий произрастания;

воздушно-сухая древесина - это древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха; абсолютная влажность такой древесины зависит от относительной влажности воздуха и обычно составляет 16…21%;
комнатно-сухая древесина - древесина, выдержанная в отапливаемом помещении и имеющая абсолютную влажность 9…13%; мокрая древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100% (до 200% и более).

Различают две формы воды, находящейся в древесине — связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Из них складывается общее количество влаги в древесине. Связанная (или гигроскопичная) влага содержится в клеточных стенках древесины, а свободная занимает полсти клеток и межклеточные пространства. Свободная вода удаляется легче, чем связанная, и в меньшей степени влияет на свойства древесины.

Свободная (капиллярная) влага содержится в полостях клеток, а связанная — в стенках клеток древесины. Постепенное насыщение водой сухой древесины первоначально происходит за счет связанной влаги, и лишь когда стенки клетки полностью окажутся заполненными, дальнейшее увеличение влаги происходит за счет свободной влаги. Поэтому очевидно, что именно изменение связанной влаги влияет на процессы усушки и коробления древесины, а также на ее прочностные и упругие свойства. Увеличение же свободной влаги практически не отражается на свойствах древесины.

Водопоглощение древесины — способность древесины поглощать воду при непосредственном контакте с ней. Дерево является природным материалом, восприимчивым к колебаниям температуры и влажности. К ее основным свойствам относится гигроскопичность , то есть способность изменять влажность в соответствии с окружающими условиями.

Говорят, что древесина «дышит», то есть поглощает пары воздуха (сорбция) или выделяет их (десорбция), реагируя на изменения в микроклимате помещения. Поглощение или выделения паров осуществляется за счет клеточных стенок. При неизменном состоянии окружающей среды уровень влажности древесины будет стремиться к постоянной величине, которую называют равновесной (или устойчивой) влажностью.

В древесине влага содержится в клетках древесины, в межклеточном пространстве, в каналах сосудов и она называется свободной влагой . Влага, содержащаяся в клеточных оболочках называется гигроскопической (связанной) влагой.

Гигроскопичность древесины — способность древесины изменять влажность в зависимости от изменения температурно-влажностного состояния окружающего воздуха. Гигроскопичность для большинства пород равна 30% при 20°С.

Максимальное количество связанной влаги называется пределом гигроскопичности или пределом насыщения волокон. При температуре 20 о С предел гигроскопичности — 30%. При повышении температуры часть связанной влаги превращается в свободную и наоборот.

Свободная и гигроскопическая влага удаляются из древесины сушкой. Влага может содержаться в древесине в виде химически связанной влаги в виде веществ составляющих древесину, этот вид влаги может быть удален при химической переработке древесины.

Максимальное количество гигроскопической влаги почти не зависит от породы дерева. Процентное соотношение веса воды к весу абсолютно сухой древесины, как правило, составляет 30% при температуре 20°. Такая влажность древесины , называется точкой насыщения клеточных оболочек, или точкой насыщения волокон. Дальнейшее увеличение влажности происходит за счет свободной влаги, заполняющей пустоты в древесине.

При изменении влажности от нуля до точки насыщения клеточных оболочек изменяется объем древесины, она разбухает. При уменьшении влажности древесина усыхает.

Изменение размеров всегда наблюдаются в поперечном направлении и почти не проявляются в продольном, у более плотной древесины больший объемный вес, следовательно, больше усушка и разбухание. Поздняя древесина более плотная.

Древесина содержит свободную (в полостях клеток и межклеточных пространствах) и связанную (в клеточных стенках) воду. Предел насыщения клеточных стенок Wn,H, в среднем равен 30%. Уменьшение содержания связанной воды вызывает усушку древесины.

На способность впитывать влагу влияет не только микроклимат помещения, но и порода дерева. К наиболее гигроскопичным породам относятся бук, груша, кемпас.

Они наиболее быстро реагируют на изменения уровня влажности.

В отличие от них существуют стабильные породы, например, дуб, мербау и т.д. К ним относится стебель бамбука, очень устойчивый к неблагоприятным климатическим условиям. Его можно настилать даже в ванной комнате.

Различные породы дерева обладают разным уровнем влажности. Например, береза, граб, клен, ясень имеют низкую влажность (до 15%) и при высыхании имеют склонность к образованию трещин. Влажность дуба и ореха умеренная (до 20%). Они относительно устойчивы к образованию трещин и высыхают не так быстро. Ольха является одной из самых устойчивых к высыханию пород. Ее влажность составляет 30%.

При испытаниях древесины с целью определения физико-механических показателей ее приводят к нормализованной влажности (в среднем 12%) кондиционированием при температуре (20±2)°С и относительной влажности воздуха <= (65±5)%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

Для определения влажности древесины существует несколько способов. В бытовых условиях пользуются специальным прибором-электровлагомером. Действие прибора основано на изменении электропроводности древесины в зависимости от ее влажности. Иглы электровлагомера с подведенными к ним электропроводами вводят в дерево и пропускают через них электрический ток, при этом на шкале прибора сразу отмечается влажность древесины в том месте, где введены иглы.

Зная виды древесины, ее плотность и др.физические св-ва, можно определить влажность древесины по массе, по наличию трещин на торце или вдоль волокон древесины, по короблению и другим признакам. По цвету коры, ее величине и цвету древесины можно распознать спелую или свежесрубленную древесину и степень ее влажности. При обработке п/м рубанком тонкая его стружка, сжатая рукой, легко сминается – значит материал влажный. Если стружка ломается и крошится, это указывает на то, что материал достаточно сухой. При поперечных порезках острыми стамесками также обращают внимание на стружки. Если они крошатся или выкрошивается сама древесина заготовки, это значит, что материал слишком сухой. Очень влажная древесина легко режется, и на месте порезки от стамески заметен влажный след. Но вряд ли удастся избежать растрескивания, коробления и др.деформаций.

Влажность древесины определяют различными способами: высушиванием образцов древесины, щепы либо опилок до абсолютно сухого состояния; отгонкой воды в виде азеотропной смеси с не смешивающимися с водой неполярными растворителями; химическими методами (титрованием реактивом Фишера); электрическими способами.

Влажность пиломатериалов определяют по формуле

W = (m с — m о) / m с,

где m с и m о масса образца соответственно в исходном и высушенном состояниях.

Фактически влажность древесины определяют контрольным взвешиванием или при помощи электровлагомера.

Влажность сплавной древесины — 200%, свежесрубленной — 100%, воздушно-сухой – 15-20%.

СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

С
ушка древесины — процесс удаления влаги из древесины до определенного процента влажности.

Б леск древесины — способность поверхности древесины направленно отражать световые лучи.

Блеск зависит от древесной породы, степени гладкости поверхности и характера освещения. Блеском отличаются радиальные поверхности древесины клена, платана, бука, ильма, дуба, кизила, белой акации, айланта, т.е. пород, у которых значительную часть поверхности занимают сердцевинные лучи, состоящие из мелких клеток. Блеск древесины — декоративное свойство, учитывается при определении пород.

Диэлектрические свойства древесины — свойства, которые характеризуются диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь.

Коэффициент разбухания древесины — среднее разбухание древесины при повышении содержания связанной влаги на 1% влажности.

Коэффициент усушки древесины — средняя усушка древесины при снижении содержания связанной влаги на 1% влажности.
Деформативность древесины (коробление) — способность древесины изменять свои размеры и форму при внешних воздействиях нагрузки, влажности, температуры.

Поперечное коробление связано с различной усушкой (разбуханием) древесины в радиальном и тангенциальном направлениях. Его характер зависит от расположения годичных слоев, обусловленных формой поперечного сечения сортимента, а также местом выпиловки его из бревна.

Продольное коробление связано с некоторыми пороками древесины, например крупными сучками, кренью, наклоном волокон.

Следствием коробления является порок древесины — покоробленность (поперечная, продольная по пласти и по кромке, крыловатость).

Поперечная и продольная покоробленности возникают также из-за нарушения равновесия остаточных напряжений в высушенных пиломатериалах при механической обработке: одностороннем фрезеровании, ребровом делении толстых досок на тонкие.

Продольная покоробленность досок наблюдается при распиловке изменение формы сечения образцов, вырезанных из разных мест бревна, при высушивании.

Сухая древесина обладает высокой прочностью, меньше коробится, не подвержена загниванию, легко склеивается, лучше отделывается, более долговечна. Любая древесина самых различных пород очень чутко реагирует на изменение влажности окружающей среды.

Это свойство является одним из недостатков лесоматериалов. При повышенной влажности древесина легко вбирает в себя воду и разбухает, а в отапливаемых помещениях она усыхает и коробится.

В помещении достаточна влажность древесины до 10%, а под открытым небом – не более 18%. Существует много способов сушки древесины.

Самый простой и доступный – естественный вид сушки – атмосферный, воздушный . Сушить древесину надо в тени, под навесом и на сквозняке. При сушке на солнце внешняя поверхность древесины быстро нагревается, а внутренняя остается сырой.

Из-за разницы напряжений образуются трещины, дерево быстро коробится. Доски, брус и др. п/м укладываются в штабеля на металлические, деревянные или иные подставки высотой не менее 50 см. Доски укладываются внутренними пластами вверх для уменьшения их коробления. Считается, что сушка досок, поставленных на кромки, происходит быстрее, так как они лучше проветриваются и влага испаряется более интенсивно, но они и больше коробятся, особенно материал повышенной влажности.

Штабель п/м, заготовленных из свежесрубленных и живых деревьев, сверху рекомендуется уплотнить тяжелым грузом для уменьшения коробления. При естественной сушке на торцах всегда образуются трещины, для предупреждения их растрескивания и сохранения п/м рекомендуется торцы досок тщательно закрасить масляной краской или пропитать горячей олифой или битумом для защиты пор древесины. Обрабатывать торцы нужно сразу после поперечных перепилов в разрез.

Если дерево отличается повышенной влажностью, то торец просушивают пламенем паяльной лампы, а уж потом закрашивают. Стволы (кряжи) обязательно окоряют (очищают от коры), только у торцов оставляют небольшие пояски-муфты шириной 20-25см для предупреждения растрескивания. Кору очищают для того, чтобы дерево быстрее просыхало и не поражалось жуками. Ствол, оставленный в коре, в относительном тепле с повышенной влажностью быстро загнивает, поражается грибковыми заболеваниями. После атмосферной сушки при теплой погоде влажность древесины составляет 12-18%.

Существует и несколько других способов сушки древесины.

Способ выпаривания или запаривания использовали на Руси еще с давних времен. Заготовки распиливают на части с учетом размера будущего изделия, закладывают в обыкновенный чугун, подсыпают опилки из такой же заготовки, заливают водой и ставят на несколько часов в протопленную и остывающую русскую печь «томится» при t=60-70 0 C.

При этом происходит «выщелачивание» – выпаривание древесины; из заготовки выходят естественные соки, дерево окрашивается, приобретая теплый густо-шоколадный цвет, с ярко выраженным природным рисунком текстуры. Такая заготовка легче обрабатывается, а после окончания сушки меньше растрескивается и коробится.

Способ парафинирования . Заготовки опускают в растопленный парафин и ставят в печь при t=40 0 C на несколько часов. Затем древесина еще несколько дней просыхает и приобретает те же свойства, что и после запарки: не трескается, не коробится, поверхность становится тонированной с отчетливым узором текстуры.

Способ запаривания в льняном масле. Посуда из древесины, пропаренная в льняном масле, очень водостойка и не растрескивается даже при повседневном использовании. Этот способ приемлем и сегодня. В емкость кладется заготовка, заливается льняным маслом и пропаривается на медленном огне.

Покоробленность: 1- поперечная; 2 — продольная по пласти; 3 — продольная по кромке; 4 – крыловатость бревен вследствие остаточных внутренних напряжений роста.

Линейная усушка древесины — уменьшение размеров древесины в одном из направлений при удалении из нее связанной воды. Линейное разбухание древесины — увеличение размеров древесины в одном из направлений при повышении содержания в ней связанной воды.

Нормализованная влажность древесины — равновесная влажность древесины, приобретаемая при температуре 20 ± 2°С и относительной влажности среды 65 ± 5%.

Объемная усушка древесины — уменьшение объема древесины при удалении из нее связанной воды.

Объемное разбухание древесины — увеличение объема древесины при повышении содержания в ней связанной воды.

Относительная влажность древесины — отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентах. Древесина является гигроскопичным материалом, и влажность, к которой она стремится в данных температурно-влажностных условиях, называется равновесной. Например, при температуре 20 о С и влажности воздуха 100% равновесная влажность древесины W=30%.

Быстрое изменение связанной влаги и неравномерность усушки в различных направлениях приводит к короблению или, наоборот, разбуханию древесины.

В массивных элементах вследствие неравномерности высыхания образуются трещины усушки. Поэтому при производстве пиломатериалов огромное значение следует придавать вопросам организации сушки, а при эксплуатации деревянных конструкций исключать большие и резкие перепады температуры и влажности. Для древесины характерным является известная инерционность процессов влагообмена.

Усушка древесины: 1 – усушка; 2 – растрескивание; 3 – поперечное коробление; 4 – то же, продольное

Величина усушки различна в различных направлениях: она больше в тангенциальном (6 - 12%) и меньше в радиальном (3 - 6%) направлении поперечного сечения ствола. Вследствие подобной неравномерности усушки, появляется коробление досок при высыхании. При увеличении влажности выше точки насыщения волокон, дальнейшего разбухания не происходит.

При резком изменении температурно-влажностного режима в помещении в древесине возникают внутренние напряжения, которые приводят у трещинам и деформациям. Оптимальная температура в помещении с паркетным полом должна составлять приблизительно 20 0 C, а оптимальная влажность воздуха — 40-60%. Для контроля температуры в помещении используются гидрометры, а относительную влажность в помещении поддерживают при помощи увлажнителей воздуха.

Деформации древесины при сушке

Древесина для строительных деталей (окна, двери, полы и т. п.), в особенности для клееных конструкций должна содержать влаги не более 8-15%. Отсюда следует необходимость сушки древесины. Естественная сушка требует большого времени; так, например, для высушивания доски толщиной 50 мм в летнее время в средней полосе России до влажности 20% требуется 30 - 40 суток. Искусственная сушка в обычных сушилках сокращает срок сушки такой доски до 5 - 6 суток, а сушка при повышенных температурах (>100°) - может быть проведена за 3 - 4 часа.

Конечная влажность древесины должна соответствовать влажности в условиях эксплуатации.

При продолжительной сушке вода из древесины испаряется, что может повлечь за собой значительные деформации материала. Процесс потери влаги продолжается до тех пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет определенного предела, который напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха. Аналогичный процесс происходит при сорбции, то есть поглощении влаги. Уменьшение линейных объемов древесины при удалении из нее связанной влаги называется усушкой. Удаление свободной влаги усушки не вызывает.

Усушка неодинакова по разным направлениям. В среднем полная линейная усушка в тангенциальном направлении составляет 6-10%, а в радиальном — 3.5%.

При полной усушке (то есть такой, при которой вся связанная влага удалена) влажность древесины снижается до предела гигроскопичности, то есть до 0%. При неравномерном распределении влаги при сушке древесины в ней могут образовываться внутренние напряжения, то есть напряжения, возникающие без участия внешних сил. Внутренние напряжения могут являться причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины.

Схемы к развитию деформаций при конвективной сушке

Процесс конвективной сушки древесины сопровождается неравномерным по ее объему распределением влажности. Это вызывает ее неравномерную усушку, что в свою очередь служит причиной образования внутренних напряжений.

Рассмотрим, как возникают и развиваются в древесине внутренние напряжения, не учитывая пока ее анизотропного строения, т. е. полагая усушку в тангенциальном и радиальном направлениях одинаковой. Будем также для упрощения считать, что перемещение влаги в материале происходит только по его толщине. Это позволит нам изображать кривые распределения влажности на чертеже поперечного сечения высушиваемого сортимента.

Рассмотрим кривые распределения влажности по толщине для наиболее характерных моментов процесса: 0 - момент начала сушки; 1 - момент, когда влажность поверхностных слоев опустилась ниже предела насыщения клеточных стенок Wn, а внутри сортимента еще содержится свободная вода; 2 - момент, когда влажность по всему сечению стала ниже WH, но еще наблюдается существенный перепад влажности по толщине; 3 - момент окончания процесса, когда влажность стала по всему сечению приблизительно одинаковой, близкой к устойчивой влажности.

В начальный момент процесса еще нет усушки и напряжения, очевидно, отсутствуют. Через некоторое время влажность поверхностных слоев опустится ниже Wn (момент) и они будут стремиться к усушке. Однако это стремление не может проявиться в полной мере вследствие противодействия внутренних слоев, усушка которых еще не началась. Выявить начавшуюся усушку можно, вырезав из высушиваемого сортимента по всему его сечению торцовую пластинку, так называемую секцию, и разделив ее на ряд слоев по толщине.