Что такое гигроскопичность древесины
Решение проблемы гигроскопичности древесины
Принципиально новый способ сушки древесины, обеспечивающий ее негигроскопичность, разработан к.т.н. Феоктистовым Евгением Ильичом.
Рациональное и эффективное использование древесины в строительстве и других сферах деятельности во многом зависит от знания и понимания процессов и механизмов проникновения влаги в древесину. Древесина, независимо от породы дерева, состоит из множества продольных капилляров, обеспечивающих при жизни дерева прохождение восходящих и нисходящих питательных потоков. Водяные пары из воздуха абсорбируются в древесине, образуя в ее капиллярах мениски жидкости. Пониженное давление водяного пара над вогнутой поверхностью мениска вызывает конденсацию водяного пара в капиллярах древесины. Именно таким образом и происходит впитывание древесиной влаги из окружающего воздуха.
Капиллярным строением объясняется и движение жидкости внутри древесины. Движение жидкости в продольных и радиальных капиллярах древесины вызвано разностью капиллярных давлений в менисках какого-либо из капилляров или суммы этих капилляров. При этом поток жидкости внутри древесины будет направлен в сторону менисков с меньшим радиусом кривизны.
Описанный механизм гигроскопичности лег в основу уникальной и высокоэффективной технологии сушения древесины, разработанной российским ученым Е.И. Феоктистовым и запатентованной им в 2001-2004 годах (8 патентов).
Результаты исследований Е.И. Феоктистова показали, что, независимо от способа сушки древесины, удаление влаги из нее должно осуществляться одновременно с разрушением условий для капиллярной конденсации водяных паров из воздуха в капилляры подверженной сушению древесины. Неорганизованный процесс выхода влаги из досок в ходе традиционной сушки приводит к тому, что концы досок высыхают быстрее, чем их средние части, что вызывает растрескивание торцов и пластей досок.
Остановить процесс капиллярной конденсации можно путем перераспределения отвода влаги из древесины между пластями, гранями и торцами досок во время их сушки. Большая часть влаги должна сбрасываться через множество мелких капилляров, выходящих на пласти и грани досок, подвергаемых сушению. Такая схема обеспечивает отбор влаги из крупных продольных капилляров через мелкие радиальные капилляры. При этом отвод влаги осуществляется по всей длине этих продольных капилляров. Именно распад жидкостных столбов продольных капилляров на сегменты обеспечивает разрушение условий для капиллярной конденсации водяных паров из воздуха в древесине в процессе ее сушки.
Испытания на отсутствие гигроскопичности в обработанных образцах проводились в течение 10 лет и подтвердили полное отсутствие гигроскопичности высушенных образцов.
По технологии Е.И. Феоктистова, сушка древесины осуществляется в 2 этапа:
— предварительная подготовка досок перед сушкой (включая боковые, центральные и сердцевинные доски): закрывают торцы и части пластей досок специальным реагентом, обладающим адгезией к древесине сырой доски. Такая подготовка позволяет перераспределить выход влаги из доски во время ее сушки. Большая часть влаги в этом случае выходит через незакрытые части пластей и граней досок. Это, в свою очередь, приводит к разрушению жидкостных столбов продольных капилляров по всей длине доски, в результате ликвидируются условия для ее гигроскопичности;
— непосредственно сушка, которая может осуществляться двумя способами: естественным (без использования дополнительной тепловой энергии при температуре окружающей среды от +5°С и выше) или активным (с использованием дополнительной энергии). Активный способ сушки предусматривает как сушку в традиционных камерах конвективного типа с циклической загрузкой, так и в камерах непрерывного действия с конвейерной сушкой. Отказ от циклической сушки в камерах и переход на непрерывный конвейерный способ позволяет существенно повысить эффективность процесса сушки пиломатериалов.
Преимущества новой технологии:
— доски, предварительно подготовленные по новой технологии и впоследствии высушенные, негигроскопичны: в течение всего времени при нормальных условиях эксплуатации не впитывают влагу из окружающего воздуха. Ни один из способов сушки не обеспечивает древесину таким уникальным свойством. Конечная влажность досок составляет около 6%;
— исключает образование трещин и коробление досок. Испытания с использованием сушильных камер подтвердили возможность сушки досок в мягком режиме при температуре +30. +40°С. Благодаря новой технологии, брак был снижен с 75% до 4%;
— существенно уменьшаются коэффициент усадки и коэффициент теплопроводности древесины;
— повышается модуль упругости не менее чем на 60%, увеличивается твердость древесины, что особенно важно при производстве клееной древесины, включая строительные балки;
— пиломатериалы имеют высокое качество поверхностей;
— экологическая безопасность;
— время сушки сокращается в 2-4 раза, при этом уменьшаются и затраты на нее.
Разработанная Е.И. Феоктистовым технология сушки древесины не имеет аналогов и выгодно отличается по основным технико-экономическим показателям от традиционных способов сушки. Ее внедрение позволит на небольших производственных площадях перерабатывать большие объемы древесины, а также организовать производство новых видов продукции из древесины. Наиболее эффективное применение новая технология может найти при создании промышленных предприятий по переработке отечественной древесины и экспорту на мировой рынок высококачественных пиломатериалов, а также в деревянном домостроении.
«КРАСНАЯ ЛИНИЯ»
журнал современных
строительных технологий
Что такое гигроскопичность древесины
Установить показатель влажности древесного сырья можно определить при помощи электрического влагомера.
Принцип работы влагомера основан на изменении удельного электрического сопротивления материала зависимо от его влажности. Иглы-электроды этого прибора вводятся в древесину так, чтобы они находились друг против друга. По ним пускается ток, и влагомер показывает количество воды в этом участке дерева. Хорошо повторить замер в нескольких местах.
Влагопроводность
Влагопроводность древесины зависит от направления. Радиальная влагопроводность сосны и особенно ясеня больше тангентальной (по Арциховской); при этом с повышением температуры влагопроводность увеличивается, что имеет весьма большое значение для камерной сушки.
В силу влагопоглощения накопляется связанная влага, что влечет за собой явление, обратное усушке, то есть разбухание, которое подчиняется тем же законам, что и усушка.
Наименьшее разбухание наблюдается вдоль волокон, наибольшее — поперек волокон в тангентальном направлении.
Способность древесины к разбуханию используется при изготовлении бочек, деревянных судов, деревянных труб, при отделке поверхностей (случайные вмятины от ударов могут быть устранены смачиванием и местным нагревом, вследствие чего под влиянием разбухания и увеличения упругости искривленные волокна выпрямляются) и пр.
Способность впитывать капельно-жидкую воду называется водопоглощением.
Предельное количество воды, могущее быть поглощенным при данных условиях, определяется водоемкостью, а скорость поглощения характеризуется водопроводностью.
При погружении древесины в воду вначале заполняются капиллярные пространства (сосуды), причем состояние насыщения наступает через очень длительный промежуток времени. Лиственные породы напитывается влагой быстрее хвойных, причем в первом случае большое значение имеет состояние сосудов (закупорены тиллами или нет).
Большое различие в водоемкости и водопроводности наблюдается между ядром и заболонью: закупорка водопроводяших элементов ядра резко снижает названные свойства.
Водоемкость зависит также от температуры, увеличиваясь с понижением последней (по Dunlap). Форма и размеры сортимента или детали также имеют существенное значение. Поглощение воды происходит главным образом через торцевые поверхности, следовательно водопроводность вдоль волокон (направление движения влаги в растущем дереве) будет наибольшей.
Поперек волокон водопроводность чрезвычайно малая и при достаточной толщине слоя практически не имеет значения. Различие между радиальной и тангентальной водопроводностью нельзя считать установленным, так как произведенные до сего времени исследования дали противоречивые результаты.
Гигроскопичность характеризует способность сухой древесины поглощать из воздуха влагу, находящуюся в нем в виде водяных паров, а также способность влажной древесины легко отдавать влагу более сухому окружающему ее воздуху.
Вследствие гигроскопичности происходят постоянные колебания влажности древесины и связанные с этим изменения веса, размеров и формы материала. Поглощение древесиной влаги из воздуха зависит в первую очередь от температуры и относительной влажности воздуха. Между содержанием влаги в древесине и относительной влажностью воздуха наблюдается вполне определенная зависимость: при изменении влажности воздуха древесина стремится восстановить нарушенное равновесие, испаряя влагу или впитывая ее из окружающего воздуха.
Зная заранее, в каких условиях будет находиться древесина (например, в помещении с определенной влажностью и температурой воздуха), можно определить «равновесную» (устойчивую) влажность материала, пользуясь диаграммой t—ф—W. На этой диаграмме по вертикали отложена относительная влажность воздуха ф, по горизонтали — его температура t; наклонные линии соответствуют влажности древесины W.
Диаграмма зависимости влажности древесины от температуры и относительной влажности воздуха.
Пример: требуется определить влажность древесины, находящейся в помещении, в котором температура воздуха tcp=20° и относительная влажность воздуха tсp =60%. На диаграмме находим соответствующие две прямые и точку их пересечения, расположенную около наклонной линии, соответствующей влажности W=11%.
Так как изменение влажности влечет за собой изменение объема древесины, то необходимо стремиться понизить ее гигроскопичность.
Наиболее простая и часто применяемая мера защиты древесины от влияния меняющейся влажности воздуха — нанесение на ее поверхность защитного слоя (краски, лака и т. п.). Однако в неблагоприятных условиях защитное действие покрытий кратковременно. Поэтому такую обработку через определенные промежутки времени необходимо повторять.
ТехЛиб СПБ УВТ
Библиотека Санкт-Петербургского университета высоких технологий
Влажность древесины
 |  |
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.
Относительная 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:
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:
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.
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
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
где mс и mо 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.
Блеск 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.
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.