Вологість деревини - Сибірські дерев’яні будинки
Для кількісної характеристики вмісту води у деревині використовують показник – вологість. Під вологістю деревини розуміють виражене у відсотках відношення маси води до маси сухої деревини: W = (m - m0) / m0 * 100 де m - початкова маса зразка деревини, г, а m0 - маса зразка абсолютно сухої деревини, г.
Вимірювання вологості здійснюється прямими чи непрямими методами. Прямі методи засновані на виділенні тим чи іншим способом води з деревини, наприклад,висушуванням. Ці методи прості, надійні та точні, але мають недолік – досить тривалу процедуру. Цього недоліку позбавлені непрямі методи, що ґрунтуються на вимірі показників інших фізичних властивостей, які залежать від вмісту води в деревині. Найбільшого поширення набули кондуктометричні електровологоміри, що вимірюють електропровідність деревини. Однак і ці способи мають свої недоліки: дають надійні показання в діапазоні від 7 до 30% і лише у місці введення голчастих контактів.
Розрізняють дві форми води, що міститься в деревині:зв'язануівільну. Пов'язана вода знаходиться в клітинних стінках, а вільна міститься в порожнинах клітин та міжклітинних просторах. Пов'язана вода утримується в основному фізико-хімічними зв'язками, зміна її вмісту суттєво відбивається на більшості властивостей деревини. Вільна вода, що утримується тільки механічними зв'язками, видаляється легше, ніж пов'язана вода, і менш впливає на властивості деревини.
При випробуваннях з метою визначення показників фізико-механічних властивостей деревини кондиціонують її, приводячи до нормалізованої вологості. Якщо немає особливих зауважень, то показник дорівнює 12%.
Насправді за рівнем вологості розрізняють деревину:
- мокру, W & gt; 100%, що тривалий час перебувала у воді;
- свіжозрубану, W = 50-100%, що зберегла вологість дерева, що росте;
- повітряно-суху, W = 15-20%, витриману на свіжому повітрі;
- кімнатно-суху, W = 8-12%, що тривалий час перебувала в опалювальному приміщенні;
- абсолютно-суху, W = 0, висушену при температурі t=103±2°C.
Усихання деревини не однакова в різних напрямках: у тангенціальному напрямку в 1,5 – 2 рази більше, ніж у радіальному.
Під повним усиханням, або максимальним усиханням Bmax розуміють зменшення лінійних розмірів і об'єму деревини при видаленні всієї кількості зв'язаної води.
Формула для обчислення повної усушки, %, має вигляд:
де amax і amin - розмір (обсяг) зразка відповідно при вологості, що дорівнює або вище за межу насичення клітинних стінок і в абсолютно-сухому стані, мм (мм 3 ).
Повна лінійна усушка деревини найпоширеніших вітчизняних порід у тангенціальному напрямку становить 8-10 %, у радіальному 3-7 %, а вздовж волокон 0,1-0,3 %. Повна об'ємна усушка знаходиться в межах 11-17%.
Усихання деревини враховується при розпилюванні колод на дошки (припуски на усадку), при сушінні пиломатеріалів і т.д.
Внутрішня напруга виникає у деревині без участі зовнішніх навантажень. Вони утворюються в результаті різних змін обсягу тіла при сушінні - сушильні напруги, просоченні і в процесі росту дерева.
Повна сушильна напруга зручна як сукупність двох складових - вологості та залишкової напруги.
Вологісні напруги викликані неоднорідним усиханням матеріалу. У поверхневих зонах дошки, де вологість нижче, ніж у центрі, через стиснення вільної усушки виникають напруги, що розтягують, а всередині дошки - стискаючі. Залишкові напруги обумовлені появою в деревині неоднорідних залишкових деформацій. Залишкові напруження на відміну від вологих не зникають при вирівнюванні вологості в дошці і спостерігаються як під час сушіння, так і після її повного завершення.
Якщо напруги, що розтягують, досягають межі міцності деревини на розтяг поперек волокон, з'являються тріщини. Так з'являються поверхневі тріщини на початку сушіння та внутрішні наприкінці сушіння.Короблення. Зміна форми пиломатеріалів та заготовок при сушінні, а також випилювання та неправильному зберіганні називається коробленням. Найчастіше короблення відбувається через розрізнення усушки з різних структурних напрямів. Розрізняють поперечну та поздовжню пошкодження. Поздовжня покоробленість буває: буває по краю, по пласті і крилатість.
На малюнку нижче зображені види пошкодження: А - поперечна: а - жолобчаста, б - трапецієподібна, в - ромбоподібна, г - овальна; Б - поздовжня: д - по кромці, е - по пласті, ж - крилатість.
Вологопоглинання. Здатність деревини внаслідок її гігроскопічності поглинати вологу (пари води) з навколишнього повітря називається вологопоглинанням. Вологопоглинання практично не залежить від породи. Здатність до поглинання вологи єнегативною властивістю деревини. Суха деревина, вміщена в дуже вологе середовище, сильно зволожується, що погіршує її фізико-механічні характеристики, знижує біостійкість і т.д. Щоб захистити деревину від впливу вологого повітря, поверхню дерев'яних деталей та виробів покривають різними лакофарбовими та плівковими матеріалами.
Розбухання. Збільшення лінійних розмірів та обсягу деревини при підвищенні у ній вмісту зв'язаної води називається набуханням. Набухання відбувається при витримуванні деревини у вологому повітрі або воді. Це - властивість, зворотне усиханні, і підпорядковується, переважно, тим самим закономірностям.
Повне набухання, %, обчислюють за такою формулою:
де amax і amin - розмір (обсяг) зразка відповідно при вологості, що дорівнює або вище за межу насичення клітинних стінок, і в абсолютно сухому стані, мм (мм 3 ).
Так само, як і усушка, найбільше набухання деревини спостерігається в тангенціальному напрямку упоперек волокон, а найменше – вздовж волокон. Набухання - негативна властивість деревини, але в деяких випадках воно приносить користь, забезпечуючи щільність сполук (у бочках, чанах, суднах і т.д.).
Водопоглинання. Здатність деревини збільшувати свою вологість при безпосередньому контакті з крапельнорідкою водою називається водопоглинанням. Максимальна вологість, якої досягає занурена у воду деревина, складається з граничної кількості зв'язаної води та найбільшої кількості вільної води. Очевидно, що кількість вільної води залежить від об'єму порожнин у деревині, тому чим більша щільність деревини. Тим менша її вологість, що характеризує максимальне водопоглинання.
Здатність деревини поглинати воду, а також інші рідини має значення у процесах варіннядеревини для отримання целюлози, при просоченні її розчинами антисептиків та антипіринів, при сплаві лісоматеріалів та інших випадках.
Густина. Ця властивість характеризується масою одиниці об'єму матеріалу, і має розмірність кг/м 3 або г/см 3 .
а) Щільність деревини рд.в., г/см, тобто. щільність матеріалу клітинних стінок, що дорівнює: , де mд.в. та vд.в. - відповідно маса, г, і об'єм, см 3 деревини. Цей показник дорівнює всім порід 1,53 г/см 3 , оскільки однаковий хімічний склад клітинних стінок деревини.
б) Щільність абсолютно сухої деревини p0 дорівнює: , Де m0, v0 - відповідно маса та обсяг деревини при W = 0%. Щільність деревини менше щільності деревини, оскільки вона включає порожнечі (порожнини клітин і міжклітинні простори, заповнені повітрям). Відносний обсяг порожнин, заповнених повітрям, характеризує пористість деревини П: де v0 і vд.в. - відповідно обсяг зразка і деревини, що міститься в ньому, при W=0%. Пористість деревини коливається не більше від 40 до 80%.
в) Щільність вологої деревини: , де mw і vw - відповідно маса та обсяг деревини при вологості W. Щільність деревини залежить від її вологості. При вологості W 3 або м 3 деревини при даній вологості W.
д) Базова щільність деревини виражається ставленням маси абсолютно сухого зразка m0 до його обсягу при вологості, що дорівнює або вище межі насичення клітинних стінок Vmax: . Цей основний показник щільності, який не залежить від вологості, широко використовується для оцінки якості сировини у деревообробці, целюлозно-паперовій промисловості та інших випадках.
Величина густини деревини змінюється в дуже широких межах. Серед порід Укаїни та ближнього зарубіжжядеревину з дуже малою щільністю має ялиця сибірська (345), верба біла (415), а найбільш щільну – самшит (1040), ядро фісташка (1100). Діапазон зміни густини деревини іноземних порід ширший: від 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значення щільності тут і нижче наведені в кілограмах на метр кубічний (кг/м 3 ).
За щільністю деревини при 12% вологості породи ділять на 3 групи: з малою, середньою та високою щільністю деревини.
Проникність характеризує здатність деревини пропускати рідини чи гази під тиском. Водопроникність деревини вздовж волокон значно більша, ніж упоперек волокон, при цьому у деревини листяних порід вона в кілька разів більша, ніж у хвойних.