Почему древесина влажная

Влажность древесины, ее виды и способы определения

В процессе роста дерево наполняется водой из земли через корни. Так оно впитывает питательные вещества, способствующие развитию. Затем, когда ствол срубают на заготовки, часть влаги остаётся с ним. Влажность древесины не должна превышать 22%. Ниже 15% высушить естественным способом ее не получится, поскольку внешняя среда тоже питает материал жидкостью. Показатель количества влаги влияет на свойства древесины, на то, как она будет вести себя при обработке. Чрезмерное количество воды приводит к появлению плесени и гниению.

Естественная влажность

Показатель используют для определения количества воды внутри ствола сразу после спиливания или во время роста. Он определяет качество сушки древесных материалов. Естественная влажность древесины считается изначальной величиной, на основе которой начинают вести расчеты по сушке материала. Если показатель определён неверно, есть риск недосушить или пересушить пиломатериал.

Сколько процентов воды содержится в стволе определяют следующие факторы:

  • строение древесины;
  • пористость;
  • окружающая среда.

Показатели естественной влажности древесины колеблются от 30 до 80% и меняются в зависимости от типа материала. От них отталкиваются перед тем, как определить оптимальный режим сушки для достижения нужного качества сухой заготовки.

У лиственных пород естественная влажность древесины ниже, чем у хвойных. Это связано со строением древесины. В ели содержится до 90% влаги, в пихте в пределах 92%. Для сравнения в ясеневой древесине всего 36%. Кроме этого, на процент воды в материале влияет состояние окружающей среды. Зимой растения переходят в “спящий режим” и практически не потребляют питательных веществ из земли. Поэтому влажность в летний период намного превышает зимние показатели. Также у свежесрубленной древесины процент влаги значительно выше, чем у давних заготовок.

Задача тех, кто занимается обработкой пиломатериала — снизить влажность до минимально возможного процента. Это делается для того, чтобы заготовки обрели необходимую твердость, прочность. Износ у изделий материал которых прошел процесс сушки успешно существенно ниже.

Влажность также влияет и на размер заготовок. Чем больше усыхает материал, тем меньше по габаритам он становится. Правильная сушка должна быть организована таким образом, чтобы влага испарялась равномерно. Тогда вес и размер заготовки будет стандартным, а сам материал приобретет необходимые свойства. Новейшие способы сушки древесины снижают процент влажности до 6. Этот показатель также зависит от породы, структуры дерева, времени года.

Для строительства сильно высушенная древесина не используется, поскольку она может дать трещину. Количество воды в материале для этих целей снижается следующими способами:

  • Самостоятельное досушивание. Приобретается готовый распил естественной влажности, и раскладывается на участке штабелями. Между рядами досок делаются зазоры с помощью брусков, чтобы воздух свободно циркулировал. Опору надо ставить не реже, чем через 1,5 метра друг от друга, и материал не прогнется. Чтобы дождь или другие осадки не испортили древесину, сверху конструкцию укрывают пленкой или рубероидом. Естественную сушку лучше проводить в теплое время года. Материалы размещаются в тени, под навесом. Тонкие по ширине доски просохнут быстрее, чем толстые. Конструкция устанавливается на прокладки из хвойных веток или защитного материала.
  • Покупка готового материала. В этом случае продавец уже подготовил доски и высушил их естественным способом самостоятельно.
  • Если требуется понизить количество влаги до 15% и ниже, то применяют камерную сушку в закрытом помещении. Такие материалы будут дороже стоить, так как при обработке потребуется большая трата ресурсов. И для строительства такую древесину лучше не использовать, она может дать трещину.

Идеальное применение сухой древесины — мебель и предметы интерьера.

Равновесная влажность

Чтобы пиломатериал хранился продолжительное время и не сгнил, его необходимо правильно высушить. Для проведения процедуры понадобится показатель равновесной влажности древесины. Он достигается путем длительного нахождения пиломатериалов в определенной внешней среде. При изменении внешних условий меняется и равновесная влажность.

Избыточное количество влаги в породе негативно влияет на состояние готового изделия и портит заготовки. Пиломатериал под воздействием воды плесневеет, в нем заводится грибок. Древесина по структуре пористая и впитывает влагу легко. Также легко от нее и избавляется, уменьшаясь или увеличиваясь в размерах. В результате при неправильных расчетах показателя, некоторые участки деревянного строения могут начать выпирать со временем или осесть. А потом, под воздействием внешней среды вновь сгладятся.

Степень влажность у хвойных и лиственных пород отличается. Для четкой сортировки пиломатериала его разделяют на 3 степени по процентному соотношению воды в составе:

  • Сырая древесина. Содержит более 35% влаги.
  • Полусухая. В диапазоне от 25 до 35%.
  • Сухая. Менее 25%.

При естественной сушке показатель снижается до 30%. При этом меняются габариты и масса материала. Для ускорения процесса применяются технологии, позволяющие в короткий период снизить его до 7-18%.

Свободная и связанная влага

Когда дерево срублено и лежит на складе, влага по стволу распределяется равномерно. Прежде чем это произойдет должен пройти достаточно большой промежуток времени. Сразу после спила влажность повышена, достигает в среднем 60%. Влага внутри ствола делится на :

  • гигроскопическую (свободную), которая задерживается в волокнах;
  • капиллярную (связанную), содержащуюся в клетках растения.

В процессе сушки из ствола выходит только свободная влага. Капиллярная остается. Ее в древесине всего примерно 23%. Если пиломатериал срубили недавно, то влажность будет распределяться неравномерно по длине ствола. Самый высокий процент наблюдается в комлевой части, чем ближе к верхушке, тем процент становится ниже. Еще есть зависимость количества влаги в древесине у некоторых пород от близости к ядру. У одних она повышается при приближении к сердцевине, у других, наоборот, понижается.

Таблица показателей влажности пиломатериала

Тип древесины Показатель влажности, % Сноска
Мокрая Выше 100 Приобретается, если материал долго пролежит в воде.
Свежесрубленная 50-100 Дерево свалили недавно
Воздушно-сухая 15-20 Характерна для материала, который долго хранился на воздухе.
Камерной сушки 8-12 Пиломатериал продолжительное время находится в отапливаемом помещении
Абсолютно сухая Древесина высушивается в специальной машине

Когда вода распределяется равномерно по всей структуре древесины и не превышает показатель 15 % — это называется стандартная влажность. В таком состоянии заготовку можно использовать для обработки и подготовки к работам (отделочным, строительным). Материал хорошо хранится, но восприимчив к погодным условиям, при выпадении осадков может промокнуть и показатель количества влаги изменится.

Для производства качественной древесины необходимо использовать оба понятия (стандартной и равновесной влажности). Надо понимать, что при эксплуатации готового изделия на улице, под воздействием разных температурных режимов, ее свойства могут меняться. Поэтому изделие необходимо защитить пропиткой.

Точка насыщения волокон древесины

Это показатель равновесной влажности, при котором свободная влага из древесины уже испарилась, а капиллярная осталась. Процент влажности в точке насыщения колеблется от 23 до 30. Зависит от породы древесины, внешних условий. Если показатель наличия влаги опустить ниже этой точки, то процесс сушки замедлится, материал начнет усыхать, смещаться, оседать. При естественном процессе сушки, верхние слои материала быстрее отдают свободную влагу и начинают отдавать связанную. В результате свойства заготовки меняются. Этот процесс вносит трудности в процесс сушки.

После достижения точки насыщения волокон, дальнейшее намокание и просушка заготовки уже не несет такого значения, как прежде.

Абсолютная влажность древесины

Физическая величина, которая отображает количество влаги заготовки по отношению к количеству влаги в совершенно сухом материале. Показатель абсолютной влажности древесины при расчетах обозначают знаком — W. Влажность совершенно сухой древесины считается равной 0%. Высчитывается эта величина для расчета параметров стройматериалов. В процессе сушки вес пиломатериала постоянно уменьшается. Если влажность в атмосфере повысилась — показатель начнет расти. Этот процесс затормаживается, когда достигается точка насыщения волокон. В это время вес заготовки перестанет падать. Это состояние называется абсолютно сухим, его показатель считается идеальным и берется за основу при других расчетах.

Формула абсолютной влажности:

где mс и mo — это масса влажной свежесрубленной (mc) и масса сухой (mo) заготовки.

По ГОСТу это понятие трактуется как просто влажность. Иногда, при расчетах возникают ошибки, поскольку учитывается абсолютно сухая масса древесины, неполный вес.

Влажность древесины и свойства, связанные с ее изменением.

Влажность.

Абсолютной влажностью дре­весины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины, выра­женное в процентах. Определяют влаж­ность по ГОСТ 16588—79; ГОСТ 164837—71.

Относительная влажность древесины — это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии, выраженное в процентах.

Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Влага, находящаяся в полостях кле­ток и межклеточных пространствах, назы­вается свободной или капиллярной, а в кле­точных стенках — связанной или гигроско­пической.

Состояние древесины, при котором кле­точные стенки содержат максимальное ко­личество связанной влаги, а в полостях клеток находится только воздух, называется пределом гигроскопичности. Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (20°С) состав­ляет 30% и практически не зависит от по­роды древесины. Предельное количество свободной влаги зависит от плотности, т. е. от того, как велик объем пустот в древе­сине, который может быть заполнен водой.

Различают следующие степени влажнос­ти древесины: мокрая — длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%; свеже с рубленная — влажность 50— 100%; воздушно-сухая — долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15— 20% (в зависимости от климатических условий и времени года); комнатно-сухая — влажность 8—12% и абсолютно сухая — влажность 0%.

При высыхании древесины сначала из нее испаряется свободная влага, а затем связанная. Удаление влаги происходит до тех пор, пока она равномерно распределит­ся в древесине и ее влажность будет соот­ветствовать температуре и относительной влажности воздуха. То же происходит и при сорбции (поглощении) влаги.

Равновесная влажность — среднее значе­ние между устойчивыми влажностями дре­весины при сорбции (поглощении) и десорб­ции (испарении), соответствующее опреде­ленному сочетанию температуры и влажнос­ти окружающего воздуха.

Равновесную влажность можно опре­делить по диаграмме С. Серговского. На диаграмме по вертикали показана относительная влажность воздуха, по горизонтали — температура воздуха. Пересечение этих показателей дает наклон­ную линию, которая показывает влажность древесины в процентах.

Содержание влаги в стволе растущего дерева изменяется по высоте и радиусу ствола, а также в зависимости от времени года. Влажность заболони сосны в три раза выше влажности ядра. У лиственных пород изменение влажности по диаметру более равномерное. По высоте ствола влажность заболони у хвойных пород увеличивается в верх по стволу, а влажность ядра не изме­няется. У лиственных пород влажность заболони не изменяется, а влажность ядра вверх по стволу снижается. У молодых деревьев влажность выше и ее колебания в течение года больше, чем у старых деревьев.

Читайте также  Дачный домик из поддонов

Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь — февраль), минимальное — в летние месяцы (июль-август). Содержание влаги в ство­лах изменяется в течение суток: утром и вечером влажность деревьев выше, чем днем. Влажность деталей бытовой мебели из древесины и древесных материалов должна быть (8 ±2)%, вставных шипов из древесины твердых лиственных пород, березы или фанеры не должна быть более 6%. Для определения влажности древесины пользуются методом высушивания и элект­рическим методом.

Для определения влажности древесины методом высушивания выпиливают образцы древесины призматической формы размером 20 X 20 X 30 мм, очищают от опилок и зау­сенцев, после чего немедленно взвешивают с погрешностью не более 0,01 г. Затем по­мещают в сушильный шкаф и выдержи­вают при температуре (103 + 2) °С. Первое взвешивание образца производят в зависимости от породы древесины через 6ч после начала сушки (образцы древесины, дуба и ясеня через 10 ч), второе и после­дующие — через каждые 2 ч. Высушивают образец до постоянной массы. Влажность древесины W, определенную методом высушивания, вычисляют в про­дуцентах по формуле W= [(m1-m2)/m2] 100,

где m1 — масса образца древесины до вы­сушивания, г; m2 — масса того же образца в абсолютно сухом состоянии, г.

Преимущество метода высушивания — довольно точное определение влажности древесины при любом количестве влаги. Недостаток его — продолжительность высу­шивания образцов (от 12 до 24 ч).

При электрическом методе влажность древесины определяют электровлагомером. Действие этого прибора основано на изме­нении электропроводности древесины в за­висимости от ее влажности. Рабочей частью наиболее распространенного электровлаго­мера служат иглы с подведенными к ним электропроводами. Иглы электровлагомера (датчика) вводят в древесину на глубину 8 мм и пропускают через них электроток при этом на циферблате прибора сразу по­казывается фактическая влажность древе­сины.

Преимущество электрического метода — быстрота определения и возможность про­верки влажности древесины любого раз­мера. Недостатки — определение влажности только в месте соприкосновения древесины с датчиком; невысокая точность. В диапазо­не измерения до 30% влажности погреш­ность составляет 1—1,5%.

Усушка.

Усушкой называется уменьше­ние линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной влаги (ГОСТ 164838—71). Усушка по разным направлениям неоди­накова. Микрофибриллы в клеточной обо­лочке расположены преимущественно вдоль оси клетки, а связанная влага заполняет промежутки между ними. При удалении этой влаги из древесины больше изменяют­ся поперечные размеры в радиальном и тангенциальном направлениях. В танген­циальном направлении усушка в 1,5—2 раза больше, чем в радиальном. Усушка вдоль волокон незначительна. Усушка, которая происходит при уда­лении всей связанной влаги, называется полной. Чтобы произошла полная усушка влажность древесины должна снизиться от предела гигроскопичности до нуля. В сред­нем полная линейная усушка в тангенциаль­ном направлении составляет 6—10, в ра­диальном — 3—5 и вдоль волокон —0,1 — 0,3%. Уменьшение объема древесины при испа­рении связанной влаги называется объем­ной усушкой.

Для определения полной усушки образ­цы помещают в воду и по достижении влажности, соответствующей пределу насы­щения, измеряют линейные размеры микрометром, штангенциркулем. Затем образцы высушивают в сушильном шкафу до абсо­лютно сухого состояния и измеряют ли­нейные размеры. Обычно при расчетах усушку вдоль во­локон не учитывают из-за ее малой вели­чины. При распиловке бревен на доски пре­дусматривают припуски на усушку с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки имели заданные размеры. Коэффициент объемной усушки — вели­чина усушки древесины при снижении связанной влаги на 1% влажности. При величине коэффициента объемной усушки наши древесные породы можно разделить на три группы:

малоусыхающие (коэффициент объем­ной усушки не более 0,40%) —ель сибир­ская и обыкновенная, пихта сибирская, кедры сибирский и корейский, тополь бе­лый;

среднеусыхающие (коэффициент объем­ной усушки от 0,40 до 0,47%) — бук вос­точный, вяз, дуб, липа мелколистная, ольха черная, осина, пихта белокорая, кавказская и маньчжурская, тополь черный, ясень;

сильноусыхающие (коэффициент объем­ной усушки 0,47% и более) — березы пла­кучая и белая, бук восточный, граб, лист­венницы сибирская и даурская, клен остро­листный.

Внутренние напряжения, растрескивание и коробление.

Напряжения, которые возни­кают без участия внешних сил, называют внутренними. Причина образования напря­жений при сушке древесины — неравно­мерность распределения влаги. Вначале испаряется влага с поверхностных слоев древесины. Если в поверхностных слоях влажность снизится за предел гигроскопич­ности, то должна произойти усушка. Однако из-за сопротивления более влажных внут­ренних слоев поверхностные слои усохнут не полностью. В результате этого в древеси­не появляются напряжения, растягивающие ее в поверхностных зонах и сжимающие во внутренних. При снижении влажности за предел гигроскопичности во внутренней зоне она также начнет усыхать. Это при­ведет к тому, что растягивающие напря­жения в поверхностной зоне уменьшатся, однако полностью не исчезнут. Из-за оста­точных удлинений в поверхностных зонах нормальная усушка внутренней зоны будет задержана. Тогда во внутренней зоне поя­вятся растягивающие напряжения, а в по­верхностных зонах — сжимающие, т. е. на­пряжения переменят знак.

Если растягивающие напряжения, достиг­нут предела прочности древесины на растяжение поперек волокон, то могут возникнуть трещины в начале процесса сушки на поверхности сортимента, а в кон­це — внутри. Внутренние напряжения иногда сохра­няются в высушенном материале и служат причиной изменения размеров и формы де­талей при механической обработке дре­весины. Их обнаруживают с помощью силовых секций. Из доски на расстоя­нии 0,5 м от торца вырезают секцию длиной 10—15 мм. Из этого отрезка изготовляют силовую секцию. Если зубцы секции сразу после изготовления останутся параллель­ными, то внутренних напряжений в древе­сине нет; если зубцы секции разойдутся, то в наружных слоях — растягивающие, а во внутренних — сжимающие напряжения; если зубцы секции сойдутся, то в наружных слоях сжимающие, а во внутренних — растягивающие напряжения. Сохранившиеся после окончания сушки остаточные напряжения можно снять путем дополнительной обработки пиломатериалов (увлажнением поверхности паром или во­дой).

При высыхании или увлажнении древе­сины изменяется форма поперечного сече­ния доски. Такое изменение формы назы­вается короблением. Коробление может быть поперечным и продольным. Поперечное коробление выражается изменением формы сечения доски. Причина поперечного коробления — разница в усуш­ке по радиальному и тангенциальному направлениям. Сердцевинная доска уменьшает свои размеры к кромкам; доска, у которой внешняя часть ближе к танген­циальному направлению, усыхает больше, чем к сердцевине, тем больше ее коробление. По длине доски могут изгибаться, при­обретая дугообразную форму, или принимать форму винтообразной’ по­верхности — крыловатость. Первый вид продольного коробления встре­чается у досок, содержащих ядро и забо­лонь (усушка ядра и заболони по длине волокон несколько различается). Крылова­тость наблюдается у пиломатериалов с тан­генциальным наклоном волокон. Правильная укладка, сушка и хранение пиломатериалов исключает появление коробления.

Разбуханием называется увеличение ли­нейных размеров и объема древесины при повышении связанной влаги. Это происхо­дит при увлажнении древесины и представ­ляет собой явление, обратное усушке.

Разбухание наблюдается при увеличении влажности до предела гигроскопичности; увеличение свободной влаги (заполняющей полости клеток) не вызывает разбухания. Наибольшее разбухание происходит в тан­генциальном направлении, наименьшее — вдоль волокон. Так же как и усушка, разбухание — отрицательное свойство древесины. Однако в некоторых случаях оно играет положи­тельную роль: обеспечивает плотность сое­динений в бочках, лодках, деревянных тру­бах и судах.

Водопоглощение.

Способность древеси­ны благодаря пористому строению погло­тать капельножидкую влагу. Водопоглоще­ние происходит при непосредственном кон­такте древесины с водой. При этом в дре­весине увеличивается содержание как свя­занной, так и свободной влаги. Водопоглощение зависит от породы, на­чальной влажности, температуры, формы и размеров древесины. У пород с меньшей плотностью водопоглощение больше, так как больше объем полостей, которые могут быть заполнены свободной влагой. Наобо­рот, чем больше плотность, тем меньше водопоглощение древесины. Водопоглощение ядра меньше, чем заболони.

Влажность пиломатериалов: заблуждения и мифы

Почему зимний лес не менее влажный, чем летний? В чем разница между естественной сушкой и естественной влажностью? Как не получить «саблю» или «вертолет»?

При покупке строительных материалов в первую очередь обращают внимание на влажность, так как она влияет на уязвимость изделий для грибка и на усадку. В этой статье рассмотрим особенности влажности пиломатериала и ошибки, которые допускают при самостоятельной просушке.

Естественная влажность и естественная просушка

Смешивание значения этих понятий создает путаницу. Параметры отражают разные свойства пиломатериала: первый относится к содержанию влаги, второй – к типу просушки.

  • Естественная влажность древесины отражает количество влаги в дереве на момент роста или после заготовки. Естественная влажность не нормируется и может составлять от 30 до 80%. По ГОСТу такая древесина считается влажной.
  • Естественная просушка – это метод высушивания строительного материала, когда изделия штабелируют и выдерживают до достижения ими сухого состояния.

По ГОСТу сухим считают пиломатериал влажностью меньше 22%, влажным – выше этого показателя. Влажность пиломатериалов 4 сорта не нормируется.

Можно ли строить из древесины естественной влажности?

Древесину естественной влажности нельзя использовать в строительстве сразу. Перед использованием его необходимо просушить. В большинстве случаев используется естественная просушка на объекте.

Строительство из влажного материала не допускается из-за усадочных деформаций. Дерево имеет неоднородную структуру, поэтому процесс испарения влаги из нее идет тоже неравномерно. В процессе высыхания меняется масса пиломатериала. Когда пиломатериал уже закреплен в конструкции, то процесс высыхания приводит к образованию трещин, щелей, деформации отдельных элементов здания и т.д.

Пиломатериал может деформироваться и в процессе высушивания, это происходит при нарушении технологии. Эти деформации в зависимости от формы дефектов строители называют «вертолетом», «пропеллером», «винтом», «саблей» и т.д.

Зимняя древесина не требует просушки?

В интернете распространен миф о зимней древесине. С теоретической точки зрения он выглядит так: зимой листва с деревьев опадает, соответственно прекращается процесс фотосинтеза и питания растений. В результате замедления процессов жизнедеятельности дерева вода перестает поступать от корневой системы, соответственно влажность древесины получается ниже.

Влажность зимней древесины выше, чем у летней. Зимой дерево не прекращает свою жизнедеятельность, движение соков замедляется, но влага остается в стволе. Летом жидкость постоянно перемещается, испаряясь под влиянием высокой температуры.

Читайте также  Какую древесину использовать для мебели

Почему зимний материал все-таки лучше?

Если влажность зимнего пиломатериала не ниже, чему у летнего, то почему он пользуется наибольшим спросом? Причина в том, что летом деревянные изделия подвержены поражению грибком. Под влиянием тепла активизируется микрофлора, и влажная доска станет благоприятной средой для плесени.

ГОСТ предписывает обрабатывать антисептиками древесину перед летней сушкой. На периоды антисептирования влияют климатические условия регионов. По ГОСТу в Москве и Подмосковье обработке должны подвергаться материалы, заготовленные с 1 -15 апреля по 1 – 15 октября.

Зимой плесень не размножается, поэтому доску можно просушить.

Чем опасен сухостой?

Сухостой – это дерево, которое погибло, но при этом осталось стоять и не сгнило. В некоторых случаях в результате плановой вырубки часть сухостоя пускают на пиломатериалы. Влажность таких изделий будет ниже, чем у живого леса. При этом их высыхание происходило в непредсказуемых условиях. К тому же в сухостое могут быть вредные насекомые и грибок.

Камерная сушка гарантирует результат?

Камерная сушка – это способ обработки пиломатериалов, когда они высыхают в сушильной камере. Принудительные способ просушки позволяют получить результат быстрее, к тому же дерево можно довести до показателей влажности 10 – 20 %. Рассмотрим, так ли полезна древесина камерной сушки.

  • Процесс производства таких пиломатериалов оказывается дороже, в результате конечная стоимость продукции выше.
  • Пересушивание древесины принудительным способом может привести к появлению трещин.
  • Когда пиломатериалы доставят на объект, они наберут равновесную с окружающей средой влажность.
  • При камерной сушке толстых материалов (брус) сердцевина останется влажной.

Древесина камерной сушки подходит для отдельных видов работ: производства мебели, отдельных декоративных элементов из дерева, полов и др. В них не допускают коробления и усадки материала и требуют идеальной стыковки деревянных элементов.

Сушка на солнце

Много ошибок допускают, когда организуют сушку пиломатериалов своими силами. Для ускорения процесса штабеля располагают в местах прямого попадания солнечных лучей. Так делать не следует направленный солнечный свет не обеспечивает равномерного высыхания. Воздействие лучей приводит к возрастанию температуры на одном участке, другая зона пиломатериалов не нагревается. В результате часть, на которую попадали лучи, высыхает быстрее, зона, скрытая от солнечного тепла, высыхает дольше. Пиломатериал начинает растаскивать, на нем могут появляться трещины, изделия изгибаются и закручиваются.

Если просушка идет в теплое время года, торцы пиломатериалов рекомендуется закрыть краской. Торец в штабелях высыхает быстрее, сердцевина при этом остается сырой. это может привести к деформации деревянных изделий. Краска замедлит высыхание торцов и сделает процесс сушки более равномерным.

Неправильная укладка на просушку

Результат сушки зависит от правильности укладки штабелей. Перечислим самые распространенные ошибки при штабелировке.

  • Паронепроницаемый материал для защиты от дождя – такая «защита» приводит к образованию грибка на материале и замедляет процесс высыхания. Особенно часто эту ошибку допускают летом. Вместо пленки лучше соорудить над штабелями простой навес.
  • Отсутствие вертикальных зазоров – соседние штабеля не должны стоять вплотную.
  • Прокладки делают через ряд – деревянные бруски должны отделять каждый ряд пиломатериалов друг от друга.

Влажность древесины

Наличие влаги в древесине обусловлено нормальной жизнедеятельностью живого растущего организма. В древесине срубленного дерева содержание влаги (в зависимости от условий хранения, и эксплуатации изделий) может увеличиваться или уменьшаться. В большинстве случаев практики влагу из древесины удаляют, чтобы избежать ряда отрицательных явлений. Для количественной характеристики содержания влаги в древесине используют показатель влажности древесины. Под влажностью (абсолютной) древесины понимают выраженное в процентах отношение массы влаги, содержащейся в данном объеме древесины, к массе сухой древесины:

где m — масса пробы (образца) влажной древесины; m — масса пробы (образца) абсолютно сухой древесины, г.

Для измерения влажности древесины применяют прямые и косвенные методы. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом влаги из древесины. Влагу можно отделить путем высушивания и определить влажность с высокой точностью, осуществляя следующую процедуру. В лабораторных условиях небольшие образцы древесины взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,001 г и определяют начальную массу. С такой точностью взвешивают образцы, если масса их не превышает 5—6 г. Для того чтобы влажность образцов древесины во время взвешивания не изменялась, их помещают в стеклянные бюксы с притертыми крышками. Масса каждой бюксы определяется заранее на тех же весах. Образцы находятся в бюксах (но с открытыми крышками) и во время высушивания.

Образец высушивают в сушильных шкафах, представляющих собой обогреваемые камеры с автоматическими регуляторами температуры. Из большого разнообразия конструкций сушильных шкафов наилучшими эксплуатационными свойствами обладают электрические шкафы, которые и находят повсеместное применение. Высушивание проводится при температуре воздуха 103±2°С; бюксы с образцами находятся в шкафу до тех пор, пока не будет достигнуто постоянное значение массы, устанавливаемое контрольными определениями при помощи весов. Если разница в отсчетах по весам при двух последних с интервалом 1—2 ч определениях составляет менее 0,002 г, считают, что достигнуто абсолютно сухое состояние древесины. Перед каждым определением массы бюксы закрывают крышками и охлаждают в сухом воздухе в эксикаторах — сосудах с безводным хлористым кальцием или серной кислотой при концентрации 94—100%. Влажность вычисляют с точностью до 0,1% по формуле:

где m — масса бюксы, г; m2 — масса бюксы с образцом до высушивания, г; m3 — масса бюксы с образцом после высушивания, г. В производственных условиях (на складах, в сушильных камерах и пр.) обычно ограничиваются меньшей точностью: пробу берут массой примерно 50 г, взвешивают с точностью до 0,1 г, а влажность подсчитывают с точностью до 1%.

Пробу из доски или бруска вырезают в этих случаях, отступя 0,5 м от торца и захватывая все сечение. Описанный простой и надежный способ определения влажности нашел широкое применение. Значительно реже применительно к древесине используется другой прямой метод, основанный на отгонке влаги с парами толуола (метод дистилляции). По этому методу сначала при помощи весов определяется масса образца влажной древесины. Затем образец нагревается с толуолом; образующиеся пары конденсируются, благодаря разной плотности жидкостей вода легко отделяется от толуола и можно измерить ее объем (массу). Зная массу влажной древесины и массу содержащейся в ней влаги, можно определить влажность древесины в процентах. Основной недостаток прямых методов заключается в том, что продолжительность процедуры очень велика. При методе высушивания она занимает 8—10 ч, а иногда и более. Этого недостатка лишены косвенные методы.

Косвенные методы определения влажности основаны на измерении показателей других физических свойств древесины, которые функционально зависят от содержания влаги в древесине. Поскольку влага оказывает влияние по существу на все физические свойства древесины, косвенных методов измерения влажности древесины может быть очень много. Однако не все из них могут быть с равным успехом использованы для создания быстродействующих, точных, простых по конструкции и удобных, в эксплуатации приборов — влагомеров. Для создания влагомеров очень широко используются достаточно строгие зависимости между влажностью и электрическими параметрами древесины. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, основанные на измерении электропроводности древесины.

Влагомер ЦНИИМОД-2 предназначен для измерения влажности древесины от 8 до 30%. Шкала прибора состоит из пяти диапазонов с пределами 8—11; 9—12; 15—21; 19—29% влажности. Принцип действия влагомера основан на определении времени зарядки конденсатора постоянным током, проходящим через древесину, сопротивление которой связано обратной логарифмической зависимостью с влажностью. Контакт с древесиной осуществляется при помощи датчика с тремя игольчатыми электродами, которые вводят через боковую (не торцовую) поверхность в древесину на полную их длину (8 мм). Время, необходимое для определения влажности этим прибором, составляет всего лишь несколько минут. Точность измерения влажности равна ±1,5%. Электровлагомер ЭВ-8-100 основан на измерении активного сопротивления влажной древесины по схеме моста постоянного тока. Этот прибор позволяет измерять влажность в более широких пределах. Каждому из трех диапазонов (8—18%, 18—31% и 30—100%) соответствует своя мостовая схема. Точность измерения влажности влагомером на первом и втором диапазонах составляет около±1%. При влажности свыше 30% точность значительно ниже (до ±10%).

К недостаткам этих приборов, помимо меньшей точности (по сравнению с методом высушивания), относится также и то, что они дают значения локальной влажности древесины в месте введения игольчатых контактов. При обычно неравномерном распределении влажности по объему доски или заготовки этот недостаток может быть причиной дополнительных погрешностей в определении интегральной влажности древесины.

Известны также емкостные электровлагомеры, при помощи которых по емкости конденсатора с диэлектриком из древесины определяется зависящая от влажности диэлектрическая проницаемость древесины. Разработаны конструкции индуктивных электровлагомеров, позволяющие определять влажность калиброванных образцов древесины бесконтактным способом. Эти приборы основаны на измерении индуктивности или добротности контура катушки самоиндукции с сердечником из влажной древесины. Влажность древесины может быть измерена при помощи тепловых методов. Например, в качестве измеряемого параметра может быть время, необходимое для нагрева до определенной температуры одного из спаев термопары, заделанного в древесину. Чем меньше влажность древесины, тем меньше отвод тепла от нагреваемого слоя ее: следовательно, при низкой влажности потребная продолжительность нагрева окажется меньшей.

В процессе сушки древесины влажность на конечном этапе может быть измерена по температуре материала. Некоторые исследователи предлагают измерять влажность по проницаемости древесины для рентгеновского, бета- и гамма-излучения. Различают две формы влаги, содержащейся в древесине: связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) влага находится в толще клеточных оболочек, свободная влага содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная влага удерживается в основном физико-химическими связями; ее удаление сопряжено со значительными затратами энергии и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная влага удерживается только физико-механическими связями, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Состояние древесины, при котором в клеточных оболочках содержится максимальное количество связанной влаги, а свободной влаги нет, называется пределом гигроскопичностиWnr.

Влажность, соответствующую пределу гигроскопичности Wnr, в среднем для всех пород при комнатной температуре принято считать равной 30 % W nr: для сосны и дуба 30%, кедра сибирского 28—30%, лиственницы сибирской 31 — 33 %. При пределе гигроскопичности влажность существенно зависит от способа определения. Этот критерий можно определять но только непосредственным путем, измеряя максимальное количество поглощенной связанной влаги, но и по косвенным признакам, поскольку при пределе гигроскопичности резко изменяется характер зависимости между показателями многих свойств древесины и влажностью.

Читайте также  Укрепление склонов на дачном участке

Влажность Wnr заметно зависит от температуры; так у древесины ели при температуре 20° она оказалась равной 31%. а при температуре 100° — всего 23%; аналогичные данные получены и для сосны. Наблюдается также некоторая зависимость влажности Wnr от химического состава древесины: с увеличением содержания лигнина влажность при пределе гигроскопичности уменьшается. Различают следующие степени влажности древесины: мокрая, долгое время пробывшая в воде (больше 100%); свежесрубленная (50—100 %); воздушносухая, долгое время пролежавшая на воздухе (15—20%, в зависимости от климатических факторов и времени года); комнатносухая (8—12%); абсолютно сухая (около 0%). Распределение влаги в стволе растущего дерева неравномерно как по сечению, так и по высоте. У хвойных пород влажность заболони в 3—4 раза выше влажности ядра и спелой древесины. Так, у сосны и ели Ленинградской области среднегодовая влажность заболони оказалась 112 и 122%, влажность ядра или спелой древесины — 33 и 38%.

Древесина хвойных пород Восточной Сибири показала, что в пределах ядра (спелой древесины) влажность у сосны, ели и лиственницы распределена равномерно. В то же время у пихты влажность центральной зоны спелой древесины намного выше, чем периферической. То же наблюдается у кедра. Разница между влажностью центральной и периферической зон ядра достигает в нижней части ствола 50%.

У лиственных пород как ядровых (дуб, ясень, ильм), так и безъядровых (береза, осина, липа) существенной разницы между заболонью и ядром или периферической и центральной частями ствола не наблюдается; оказалось, что влажность заболони дуба из Воронежской области 73%, ядра 71%; вяза соответственно 72 и 97%, ивы белой 82 и 72%, у ясеня влажность ядра и заболони оказалась одинаковой — около 35 %; среднегодовая влажность периферической части ствола березы и осины из Ленинградской области 70 и 92%, центральной — 82 и 91%.

По высоте ствола влажность заболони в хвойных породах увеличивается в направлении от комля к вершине (например, у сосны Красноярского края VI класса возраста влажность заболони на высоте 1,3 м оказалась 120%, на высоте 6 м— 134% и на высоте 12 м — 146%), а влажность ядра остается практически без изменения. В стволах ядровых лиственных пород (дуба, ясеня, вяза, ильма) влажность ядра по направлению от комля к вершине слегка понижается, а влажность заболони почти не изменяется, у лиственных безъядровых пород (осины, липы) влажность увеличивается от комля к вершине. Влажность в стволах молодых деревьев несколько выше и ее колебания в течение года больше, чем у старых; это объясняется, по-видимому, тем, что древесина молодых деревьев полностью или преимущественно заболонная.

Рис. 32. Диаграмма изменения влажности в стволах растущих деревьев: а — сосна; б — ель; в — береза; г — осина; сплошные линии — средняя влажность; пунктир черточками — влажность заболони, или периферичесской части; пунктир точками — влажность ядра, или центральной части ствола.

Изменения влажности древесины в стволах растущих деревьев по временам года в Ленинградской области показаны на рис. 32. Кроме сезонных изменений, влажность в стволах растущих деревьев подвержена суточным колебаниям: так, в заболони ели утром наблюдалась влажность 186%, в полдень 132% и вечером 150%; в заболони дуба утром (в августе) 68%, в полдень 72%, вечером 66%, ночью 71%. Данные рис. 32 показывают, что максимум влаги в стволе растущего дерева содержится в зимний период (ноябрь—февраль), минимум — в летний (июль—август), причем в ядровых и спелодревесных хвойных породах меняется только влажность заболони за счет увеличения или уменьшения свободной влаги. Так как свободная влага легко испаряется, можно считать, что изменения влажности растущего дерева для времени рубки значения не имеют.

Влажность древесины

Почему влажность — важнейшая характеристика?

Основа жизнедеятельности расту­щего дерева, как и любого биологи­ческого объекта, — вода. Ее много в его тканях. Однако она же (наряду с кислородом) необходима для сущес­твования грибов и микроорганиз­мов, разрушающих древесину.

Если в естественных условиях этот про­цесс можно назвать положительным (утилизируется отмирающая древе­сина), то при использовании древе­сины как материала для изготовле­ния различных изделий просто необ­ходимо свести к минимуму деструк­тивные процессы. Снижение до определенного уров­ня содержания воды в древесине (сушка) позволяет защитить ее от гниения, существенно улучшить ее механические, технологические и эксплуатационные свойства, прев­ращая ее в весьма ценный матери­ал. И наоборот, для сохранения сы­рой древесины часто ее дополни­тельно увлажняют. Известно, что подводные части свай, затопленные бревна и т.п. сохраняются десятки, сотни лет. Затопление сырья для сезонного хранения используется в фанерном производстве, искусственное дож­девание штабелей бревен — в лесо­пильном. Дело в том, что вода вы­тесняет из древесины воздух, пот­ребный для жизнедеятельности дереворазрушающих грибов.

Преде­лом влажности, обеспечивающим биостойкость древесины, считается 22%. При доувлажнении масса воды должна быть больше массы самого материала (свыше 100%). Особенно быстро — за один-два месяца! — биологически портятся срубленные, но не разделанные, а следовательно, не просушенные бревна березы, бука, осины. При­мерно то же происходит с ясенем, кленом, ольхой и липой. Гниют и сы­рые доски, уложенные в плотные стопы. Необходимо сырые бревна срочно распиливать и немедленно высушивать с максимально возмож­ной интенсивностью.

Главные условия гниения — уме­ренная температура (от 5 до 40°С), кислород воздуха и значительное, но не близкое к максимальному зна­чению для данной породы, влагосодержание древесины. Основные показатели содержания влаги От количества влаги в древесине су­щественно зависят ее прочность и качество отделки. По разным причи­нам на всех стадиях производства необходимо контролировать содер­жание воды в обрабатываемом ма­териале. Тут не обойтись без такого показателя, как влажность. Под нею понимают выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в образце, к массе сухой древесины образца: W =( m- m0/ m) * 100% где m — начальная масса образца, г; m — масса того же образца после полного удаления из него влаги.

Древесина гигроскопична, она из тех материалов, которые изменяют свою влажность в соответствии с состоянием окружающей среды. Различают два состояния воды в древесине. Свободную — содержа­щуюся в полостях клеток и межкле­точном пространстве. Она поглоща­ется из окружающей среды (при пря­мом контакте древесины с водой) в жидком состоянии за счет сил капил­лярного взаимодействия. Свобод­ная вода удаляется из материала сравнительно легко. Гораздо ощути­мее влияет на его свойства связан­ная вода. Ее еще называют гигрос­копической. Она включает в себя ад­сорбционную и микрокапиллярную воду (по виду удерживающих ее фи­зико-химических связей). Связанная вода содержится в стенках клеток, способных погло­щать пары из воздуха. Удалить ее (особенно адсорбционную фракцию) значительно труднее, чем свободную воду.

Обезвоживание древесины про­исходит последовательно. Сначала уходит свободная вода и, лишь затем (ниже предела около 30%) начинает испаряться связанная влага из клеточных стенок (десорбция). Макси­мальное количество связанной вла­ги примерно одинаково для всех пород и составляет при нормальной температуре около 30%. Все, что свыше, — свободная вода. По мере десорбции расстояние между мицелиями клеток сокращается — идет усушка древесины. Она приводит не только к изменению физических размеров образца, но и к повыше­нию его прочностных свойств. Сорбция (поглощение) воды при­водит к обратному — разбуханию. Помимо влажности используют еще несколько показателей, имею­щих определенную практическую ценность. При длительном воздействии во­ды на древесину (например, при сплаве) насыщение ею клеточных стенок достигает максимального равновесного значения — влажнос­ти предела насыщения клеточных стенок — Wп.н. Вторая характеристика — влаж­ность предела гигроскопичности — Это максимальная влажность клеточных стенок при сорбции воды (водяного пара) из окружающего воздуха, состояние которого прибли­жается к насыщенному (относительная влажность (q=0,995), при полном отсутствии свободной воды. Процессы десорбции и сорбции воды в силу своей обратимости и постоянного наличия в воздухе водяных паров продолжаются до достижения некоторых устойчивых значений влажности: Wyд. и Wy.c. (для десорбции и сорбции соответственно). Эти значения для одних и тех же внешних условий различны. Иными словами, если взять два одинаковых образца древесины, отличающихся только по влажности (один влажный, другой сухой) и поместить их в одинаковые температурно-влажностные условия на длительный срок, то Wyд (влажного образца) окажется больше, чем Wyc. (сухого образца). Это явление получило названия гистерезиса сорбции и характеризуется соответствующим показателем: AW = Wyд. -Wyc. Показатель гистерезиса сорбции зависит в основном от размеров об­разца. Скажем, для сортиментов крупных сечений (бруски, доски, за­готовки) он составляет примерно 2,5%, а для измельченной древеси­ны (опилки, стружки) — 0,2-0,3%, что в расчет не принимается. Для крупных сортиментов вводят сред­нее равновесное значение. Для средних равновесных значений влажности разработаны диаграммы в координатах: относительная влаж­ность — температура окружающего воздуха. Определив равновесное значение влажности по диаграмме (зная температуру и относительную влажность воздуха), можно рассчи­тать устойчивые значения влажнос­ти древесины при десорбции (сушке) и сорбции: Wyд = WP +1,25; Wyc. = WP — 1,25. Эти зависимости справедливы, если древесина не подвергалась воздействию высокой (более 50°С) температуры. Для древесины, про­шедшей камерную сушку: Wyд = WP; Wyc. = WP-2,5. Можно рассчитать, например, ка­кую влажность будет иметь древеси­на, прошедшая камерную сушку до влажности 6% и хранящаяся в поме­щении при температуре 15°С и отно­сительной влажности 22%) — полуфабрикат. Такая древесина не должна поступать в продажу (примем ее стоимость за 1). ·

Товарная, транспортно-сухая (атмосферно-сухая, экспортная) (W = 22%) — ей придана влажность, соответствующая пределу биостойкости, в при которой плотно уложенные пиломатериалы можно перевозить в летнее время и длительно хранить без опасения поражения их грибами (коэффициент ценности по отношению к влажной К = 1,2). ·

Товарно-строительная (W = 17%) — применяется для изготовления строительных деталей и конструкций, имеющих непосредственный контакт с атмосферным воздухом с (К = 1,5). ·

Нормализованная, строительная Г (W = 12%) — применяется в строи­тельстве, обеспечивает высокую прочность, технологичность, на­дежную сопрягаемость и отличную отделку (не допускается разброс по влажности и все виды внутрен­них дефектов) (К = 2,4). ·

Мебельно-сухая (W = 6%) — при­меняется в производстве мебели и деталей интерьера (К = 3). Подводя итог, отметим: правильный выбор параметров древесины, свя­занных с ее влажностью, в совокуп­ности с конструктивными и технологи­ческими мероприятиями по сниже­нию влагопоглощения — гарантия долговечности высококачественных изделий.