Виды влаги в древесине. Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.

Объемный вес древесины колеблется от 400 до 1100 кг/м3. Пористость древесины различных пород колеблется от 30 до 80%. Влажность древесины влияет на все ее важнейшие свойства и изменяется в зависимости от влажности и температуры воздуха.

Видео

Сушка пиломатериалов в бескамерной кассетной сушилке
Гигрометр к древесине
Влажность бруса и брёвен для строительства дома
Трещины в древесине естественной влажности

Фото

Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.

Советы

Влажность древесины. Дрова.

Что сухие дрова горят лучше сырых – известно всем. Все знают, что мокрые дрова всегда можно подсушить, а сухие, наоборот – увлажнить. При этом, качество топлива будет изменяться – улучшаться или ухудшаться. Но, так ли это важно для современного отопительного оборудования? Например, пиролизные котлы позволяют сжигать дрова, влажностью 50%, и даже, до 70%!

Теплотворность древесины находится в прямой зависимости от ее влажности.

 Влажность дров относится к важному показателю, определяющему их качество.

 Влажность древесины

Влажность древесины не зависит от породы дерева.
Влажность древесины – это количественный показатель содержания влаги в ней.

 Различают абсолютную и относительную влажность древесины.

Абсолютная влажность

Абсолютная влажность – это отношение массы влаги, которую содержит образец древесины, к массе абсолютно сухой древесины этого же образца.

 Величина «абсолютной влажности» в отопительной практике не применяется.
 
Относительная влажность

Относительная (рабочая) влажность древесины - это отношение массы влаги, которую содержит образец древесины, к его общей массе. Значение относительной (рабочей) влажности древесины, применяется в расчетах по теплотехнике. Здесь и дальше, под понятием «влажность» будет подразумеваться, именно «относительная влажность».

Вся влага в древесине разделяется на два вида – свободная и связанная.
 
Свободная влага

Свободная влага – это влага, которая находится во внутриклеточном и междуклеточном пространстве, а также в полостях и порах древесины. Свободная влага удерживается в древесине за счет механических связей и легко удаляется из нее при обычной сушке.
 
Связанная влага

Связанная влага – это влага, которая находится внутри стенок клеток древесины. Связанную влагу еще называют, «гигроскопической». Связанная влага удерживается на уровне физико-химических связей. Удаление этого вида влаги из древесины весьма затруднено, связано с большими затратами энергии и оказывает большое влияние на механические свойства самой древесины. В природных условиях, связанная влага может быть удалена во время горения или естественного старения (гниения) древесины, когда происходит разрушение стенок клеток и физико-химических связей в их массе.

При определении относительной (рабочей) влажности образца древесины учитывается суммарный объем свободной и связанной влаги всего образца.
 
Влажность дров

Влажность дров – очень нестабильный показатель. Между древесиной и окружающей средой (воздухом) все время происходит влагообмен. Если влажность древесины больше, чем влажность окружающего воздуха – будет происходить высыхание древесины. Если наоборот – увлажнение.
Если влажность и температура окружающей среды (воздуха) достаточно долго будут иметь неизменное значение, то влажность дров тоже стабилизируется и будет соответствовать влажности окружающего воздуха. Влажность древесины, при которой прекращается обмен влагой между ней и окружающей средой, называют «равновесной».

Равновесная влажность – крайне неустойчивое состояние для древесины, т.к. в природе невозможно найти воздух с достаточно долго постоянными параметрами температуры и влажности.
 
Степень влажности древесины

Различают следующие степени влажности древесины:

    Сплавная (влажность 50%, и более)
    Это может быть дерево, которое длительное время находилось в воде. Например, сплавная древесина, или древесина после сортировки в водном бассейне, или просто хорошо намокшее (отсыревшее) бревно.
    Свежесрубленная (влажность 33...50%)
    Это древесина, которая сохранила влагу растущего дерева.
    Воздушно-сухая (влажность 20...30%)
    Это древесина, которая длительное время выдерживалась на открытом воздухе, при хорошем проветривании.
    Комнатно-сухая (влажность 7...18%)
    Это древесина, которая длительное время находилась в жилой комнате или в ином, отапливаемом и вентилируемом помещении.
    Абсолютно сухая (влажность 0%)
    Это древесина, высушенная при температуре t=103±2°С до постоянной массы.
 

Своими руками

Гигроскопичность и равновесная влажность

Древесина относится к гигроскопичным материалам, то есть ее влажность зависит от состояния окружающей среды. Если древесину длительное время выдерживать в воздухе неизменного состояния, то ее влажность будет стремиться к определенной величине, называемой устойчивой влажностью.

Древесина может достичь устойчивой влажности, поглощая водяные пары из воздуха (сорбция), либо выделяя их в воздух (десорбция). Водяные пары из воздуха могут поглощать только клеточные стенки. Появление свободной воды при этом невозможно, даже если воздух будет насыщен водяным паром. Процессы сорбции и десорбции не вполне обратимы. При одинаковом состоянии воздуха: устойчивая влажность при сорбции меньше, чем при десорбции. Разность между ними называется показателем гистерезиса сорбции. Его величина зависит в основном от размеров древесного образца. Древесные сортименты крупных сечений — бруски, доски, заготовки имеют показатель гистерезиса равный в среднем 2.5%. Для мелких древесных частиц (опилки, стружка) гистерезис незначителен (0.2-0.3%) и в практических расчетах его не учитывают.

Среднюю устойчивую влажность, практически одинаковую при сорбции и десорбции, называют равновесной влажностью. В практике равновесную влажность определяют по диаграмме или по таблицам.

Инструкции

Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.
Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.

Характеристики

Сырье, используемое в деревообрабатывающей промышленности, получают в результате распиловки стволов деревьев различных пород. Древесина является природным полимером, состоящим из разнообразных растительных клеток преимущественно удлиненной формы (волокон). Основными типами клеток хвойных пород являются трахеиды, лиственных пород — волокна либриформа и сосуды. Кроме того, в древесине имеются клетки сердцевинных лучей и в небольшом количестве клетки древесной паренхимы. Полости клеток соединены между собой порами и образуют в древесине капиллярную систему, обладающую сравнительно хорошей проницаемостью для жидкостей и газов в направлении вдоль волокон и значительно меньшей - поперек волокон. Клеточные стенки имеют сложную слоистую структуру, состоящую из групп цепных молекул целлюлозы, составляющих элементарную фибриллу. Элементарные фибриллы объединяются в более крупные образования - микрофибриллы, формирующие целлюлозный каркас, внутри которого размещаются гемицеллюлозы, лигнин и вода, находящаяся между элементарными фибриллами и микрофибриллами в виде непрерывных прослоек переменной (зависящей от влажности) толщины. Микрофибриллы, в свою очередь, образуют еще более крупные образования — макрофибриллы. Между макрофибриллами и внутри их имеются пространства, заполненные водой (а в сухой древесине частично воздухом). Они вместе с межмикрофибриллярными прослойками воды формируют в клеточных стенках свою капиллярную систему, более тонкую, чем система клеточных полостей. Вода в древесине делится на свободную и связанную: свободная вода – так называется вода, заполняющая полости клеток и удерживаемая в них механически. Именно поэтому она первой удаляется из древесины. Это большая часть воды, содержащейся в древесине. Процесс удаления влаги протекает быстро и оказывает незначительное влияние на свойства древесины, требует невысоких температур и определенной осторожности. связанная вода – содержащаяся в стенках клеток, удерживаемая в основном физико-химическими связями. Изменение ее содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Ее удаление значительно труднее и требует более высоких температур. Максимальное количество связанной влаги называется влажностью предела насыщения древесины и составляет 30%. По степени влажности различают древесину: сырую, W>100%, длительное время находившуюся в воде; свежесрубленную, W=50-100%, сохранившую влажность растущего дерева; воздушно-сухую, W=15-20%, выдержанную на открытом воздухе; комнатно-сухую, W=8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении; абсолютно сухую, W=0, выдержанную в сушильном шкафе при температуре t=103±2°C. Количественная оценка влажности осуществляется прямыми или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины, например, высушиванием. Метод высушивания является самым точным и к нему часто прибегают при проведении лабораторных испытаний. Однако он не очень удобен и редко используется на практике, так как требует много времени. Поэтому для определения влажности используются другие, хотя и менее точные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств древесины, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получил кондуктометрический способ, измеряющий электропроводность древесины. Кроме того, в сушильной практике различают следующие виды влажности: начальная влажность древесины — влажность, которую она имеет перед отправкой в сушильную камеру; конечная влажность древесины — влажность, которую мы хотим получить после полного цикла сушки

Виды влаги в древесине.  Причины возникновения влаги в древесине и последствия данного процесса.

Влага в древесине – причины возникновения и последствия

Дерево – это «живой материал», древесина состоит из клеток, чем и обусловлены ее уникальные свойства.
Особенности различных сортов дерева зависят от составляющих каждой отдельной клеточки – вода, воск, смолы, танины, крахмал, масла и алкалоиды. Клеточная структура делает древесину прочной, надежной и красивой. Древесина обладает также теплоизоляционными свойствами и поддерживает определенный баланс воды, кислорода и питательных веществ. На содержание влаги в древесине влияет окружающая температура и влажность. Дерево может впитывать влагу или выделять. Лишняя влага приводит к гниению, а недостаток влаги к растрескиванию бревен.
Влага в деревянных домах содержится, если в процессе заготовки строительного материала бревна не до конца высушили, но возможно проникновение влаги и из внешней среды в уже сухое дерево. Нормальным уровнем содержания влаги в древесине принято считать естественный изначальный уровень, он выражается в % от ее сухого веса. В живом дереве содержание влаги больше чем точка насыщения волокон. ТНВ - примерно 30% содержания влаги, в самом дереве содержание ваги может достигать 200%. Деревянные элементы интерьера высушивают до 6-12%, т.е. максимально приближают строительный материал к окончательному состоянию, которое древесина обретет через несколько лет службы. Делается это для минимизации возможных сдвигов при изменении размера досок (бревен). Большую часть деревянного строительного материала высушивают до 15-19% содержания влаги. Такое содержание делает материал постоянным в размерах при сборе дома и монтировании отдельных деталей. Распределение влаги в бревне не равномерно, это происходит из-за его большого диаметра. Например, в в трех сантиметрах от поверхности показатель влажности покажет 20%, но глубже в бревне он будет уже больше. Так что гарантировать одинаковую влажность во всем срубе практически невозможно.
 
Значение содержания влаги в бревне:

    После постройки дома древесина будет испарять влагу до тех пор, пока не достигнет равновесия с влажностью и температурой окружающей среды. Такое содержание влаги именуется равновесным, и незначительно меняется ежедневно, подстраиваясь под окружающую среду. Достаточно существенно этот показатель меняется при смене сезона. Зависимость содержания влаги в древесине относительно влажности воздуха выглядит следующим образом: 95% в воздухе – 20% в древесине; 50% в воздухе – 9% в древесине. При повышении температуры уровень влажности также снижается.
    Изменение размеров тоже происходит в результате усушки, т.е. потери древесиной влаги. Стенки каждой клеточки древесины сжимаются и уплотняются, под этим давлением древесина трескается вдоль волокон. Трещины дотягиваются до самой сердцевины бревна образуя лучи. В трещины по наружной стороне проникает дождевая вода. Вода может накапливаться и портить бревно, чтобы этого избежать бревна обрабатывают специальными составами.
    Древесина не только сохнет, но и набухает под влиянием окружающей среды. Подобные процессы характерны и для высушенного дерева, которое уже долгое время находится в срубе. Подобное движение бревен имеет просторечное название – говорят что сруб «повело». Внешне это легко заметить: рассыхаются стыки или заедает двери.
    При переходе от зимы к лету древесина накапливает много влаге, но при резком повышении температуры может происходить заражение грибком сини. Дерево обесцвечивается, что плохо сказывается на внешнем виде дома. В сухую и прохладную погоду эта угроза заражения минимальна.
    От уменьшения влаги в древесине выигрывают ее физические свойства. Материал весит меньше и легче в эксплуатации. Поверхность лучше впитывает морилку, антисептик и т.д. Процесс полировки тоже проходит быстрее. При помощи регулирования содержания влаги в древесине можно придавать или усиливать разнообразные свойства.
    Многие производители строительных материалов используют для подготовки бревен сушильные печи. Подобная «усадка заранее» позволяет кристаллизовать смолы, уменьшить вес бревен, уничтожить насекомых и микроорганизмы и облегчить распил. Регулируя время и циклы сушки можно добиться необходимого уровня влажности и, даже, подтвердить это документально.
    Существует еще понятие «мертвостоящий лес», т.е. уже самостоятельно просохший строительный материал (20% влагосодержание), который готов к распилу.
    К распространенным методам сушки относится и воздушная сушка, длится она 1-2 года и подготавливает материал 12-30% влагосодержанием. Воздушный поток способствует испарению влаги, на содержание влаги влияет местный климат и период сушки.
    Если компании используют при строительстве свежесрубленные деревья, они не досушены и не проходили никакой обработки перед распилом. Содержание влаги в таком материале стремиться к естественному, весь процесс потери влаги будет проходить в уже отстроенном доме. Компании, использующие такой материал, обязательно учитывают усушку дерева на стадии проектирования строения.
    Можно применять клееные бревна. В них содержится минимум влаги, соответственно клееные бревна не склонны к усадке, растрескиванию, перекашиванию и искривлению.
 

Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением.

То, что влажность окружающего воздуха имеет большее влияние на изделия из древесины, известно еще с глубокой древности. При этом не настолько важна влажность как таковая, как её резкие перепады. Теперь разберёмся, почему это происходит. В древесине различают две формы воды: связанную и свободную. Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины.

Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Рассмотрим основные свойства деформации древесины. Усушкой называется, уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше время усушки.

Усушка древесины не одинакова в разных направлениях: в тангенциальном направлении в 1,5-2 раза больше, чем в радиальном. Полная линейная усушка древесины наиболее распространённых отечественных пород в тангенциальном направлении составляет 8-10%, в радиальном 3-7%, а вдоль волокон 0,1-0,3%. Полная объёмная усушка находится в пределах 11-17%. Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д. Дабы была возможность представить, о чём идёт речь, посмотрим на рисунок, где: 1 - радиальный и 2 - тангенсальный, распилы древесины.

Внутренние напряжения возникают в древесине без участия внешних нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке (сушильные напряжения), пропитке и в процессе роста дерева. Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски - сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций.

Остаточные напряжения, в отличие от влажностных, не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения. Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжении поперёк волокон, появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки. Коробление - изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также распиловке и неправильном хранении. Чаще всего коробление происходит из-за различия усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность.

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

Влагопоглощение - способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Способность к поглощению влаги является отрицательным свойством древесины. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики, снижает биостойкость и т.д.

Чтобы защитить древесину от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают различными лакокрасочными и плёночными материалами. Разбухание - увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это - свойство, обратное усушке, но подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Наибольшее разбухание древесины наблюдается поперёк волокон, а наименьшее - вдоль волокон. Рассмотрим в качестве примера дверное полотно из массива с заполнением филенчатыми панелями.

Чтобы такая дверь была надежной и долговечной, приходится вкладывать в нее возможность приспосабливаться к естественным изменениям собственных размеров. Для этого обвязка и филёнки изготавливаются не из цельного массива, а из переклеенных между собой ламелей (брусков) волокнами по наравлению друг к другу, в тангенциальном направлении - поперёк волокон. Именно это защищает полотно от разбухания, растрескивания, крыловатостей и поддерживает его в таком состоянии длительное время с тщательно выверенными размерами, зазорами и углами.

Пространство между обвязкой заполняется филёнчатой панелью, которая будет, несомненно, подвергаться усушке и разбуханию вместе с сезонными изменениями влажности. Поэтому края этой панели (фигареи) вырезаются в виде шипа, а сама она вставляется в пазы рамы, что позволяет ей свободно перемещаться при изменении в размерах.

Филёнка закрепляет в обвязке только в центре верхнего и нижнего брусков точечно с помощью силикона так, чтобы она равномерно двигалась внутри пазов правого и левого брусков. Ну и конечно фигарей делается достаточно широким, чтобы глаз человека не замечал перемещений, - в отличие от плотного соединения с пазом шипом. Для определения зазора между краями филёночной панели и пазом обвязки существует формула усушки, определяющая изменение размера по причине усушки dD:

dD=D*S*(dMC/fsp),

D - первоначальный размер, S - процент сжатия, dMC - изменение содержания влаги, fsp - точка насыщения.

Процент сжатия древесины различается для тангентального и радиального распила и берется из специальной таблицы. Кроме того, при расчете изменения содержания влаги следует учитывать, что значения влажности выше точки насыщения в расчёт не принимаются. Рассмотрим на примере сосновой двери с филенками шириной 450 мм; коэффициент сжатия для сосны S=6,1%.

Ожидаемое максимальное содержание влаги 14%. В случае, если влажность древесины будет равна 8%, то (учитывая симметричное поведение бруска) подсчитаем зазор для одной стороны

dD=225*(0,061)*(0,14-0,08)/0,28=2,94 мм

А когда содержание влаги упадет до 4%, филенка сожмется вот так:

dD=225*(0,061)*(0,08-0,04)/0,28=1,96 мм

Получается, что размеры соединения должны позволять филенке не только расширяться, но и сужаться.

Только в вышеприведенном примере показаны изменения на миллиметр при том, что сам зазор должен быть около 2-3 мм на сторону, на практике обычно делается -5 мм – по ширине и -5 мм – по высоте. Последнее, что осталось отметить, это то, что к сожалению, множество фирм-однодневок и неопытных столяров не удосуживаются использовать даже такую простую формулу (а опыта, чтобы сделать «на глазок» у них попросту нет). В результате треснувшую от сухости или разбухшую от влаги филёнку может перекосить или даже вырвать из обвязки.

Статус: 
Обработано


Вход в систему

CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.
CAPTCHA на основе изображений
Введите символы, которые показаны на картинке.
Yandex.Metrica