Влажность древесины

Что представляет собой древесина? Это состоящий из гидрофильных компонентов материал имеющий капиллярно-пористую структуру, в связи с чем нем постоянно содержится определенное количество воды. Если рассматривать живое дерево, то здесь вода нужна для поддержания его жизни, поскольку она играет основную роль, как и в организме человека. Количество воды содержащееся в дереве называют уровнем влажности. И по факту это одна из основных и важнейших в своем роде характеристик дерева.

Показатель влажности имеет непосредственное отношение к качеству материала, оказывает большое влияние на его свойства и, соответственно, на его пригодность к применению в тех или иных строительных работах.

Указывается уровень влажности в процентах, и представляет собой отношение массы воды в древесине, к ее сухой массе.

Влажность также оказывает воздействие и взаимодействие материала с водой довольно значимые характеристики, в особенности для обработки механическим или химическим путем, к примеру, окраска, пропитка растворами, сплав и хранение и т.д.

В древесине имеется большое содержание целлюлозы, и вода оказывает влияние при ее активации. При помощи этого взаимодействия производиться бумага. Сначала дерево размалывают смешивая с водой, а после при формовании удаляют воду, благодаря этому образуются прочные межволоконные связи в готовом материале.

Также, свойства древесины непосредственно определяют и свойства изделий из нее. При использовании такого материалу необходимо подбирать древесину исходя из влажности воздуха в помещении, поскольку она имеет свойство подстраиваться под микроклимат помещения. Таким образом при нехватке влаги она будет впитывать ее из воздуха и разбухать, при ее переизбытке наоборот высыхать. После подбора древесины и ее монтажа необходимо постоянно поддерживать влажностный и температурный режим помещения.

Влажность древесины разделяют на 2 типа:

  1. Относительная
  2. Абсолютная

Относительная влажность определяется в процентном соотношении массы воды к массе всего материала.

Абсолютная же влажность это отношение содержащейся в дереве воды к сухой массе самой древесины, отношение также выражается в процентах. На примере паркета, абсолютная влажность должна колебаться от 6 до 12%, для максимального проявления своих эксплуатационных способностей этот показатель должен составлять 9%.

Понятие абсолютно сухой древесины подразумевает собой материал, высушенный до постоянной массы при температуре от 102 до 106 градусов по Цельсию. При этом значения относительной влажности также нужны, они используются при расчетах массовой доли компонентов материала в процентном отношении к абсолютно сухому материалу. Такой тип влажности используется для характеристики образцов древесины при сравнении их по отношению к содержанию воды.

  Степени влажности древесины

  1. Мокрая. Влажность такого материала превышает показатель в 100%(такое может быть, в случае, если древесина долгое время находилась в воде).
  2. Свежесрубленная. Влажность такой древесины варьируется в диапазоне от 50 до 100%.
  3. Воздушно-сухая. Древесина, высушенная естественным путем. Влажность такого материала может колебаться от 15 до 20 процентов в зависимости от климатических условий и времени года соответственно.
  4. Комнатно-сухая. Такая древесина также высушивается естественным путем, но в сухом помещении, благодаря чему обладает влажностью 8-10%
  5. Абсолютно сухая. Условия ее сушки были указаны ранее. Влажность равна 0%

Можно заметить неравномерное распределение воды по разным частям дерева. Таким образом, ствол содержит меньше воды, чем корни и ветки;  Нижняя и верхняя части ствола больше, чем средняя; заболонные хвойные деревья содержат больше воды, чем спелая и ядровая древесина. У хвойных пород в свою очередь влажность ядра меньше чем у лиственных деревьев, а влажность по поперечному сечению распределена менее равномерно. Рассматривая кору отмечается значительно меньшая влажность корки, чем луба, примерно в 7-10 раз.

Касательно влажности свежесрубленного дерева – она составляет 80-100%, у сплавной древесины этот показатель в 2 раза больше. А на примере хвойных пород, влажность ядра меньше в 2-3 раза чем влажность заболони.

В строительной индустрии степеней влажности различают на несколько меньше, чем в общем рассмотрении:

  1. Свежесрубленная. Влажность такой древесины в зависимости от микроклимата, грунта и времени сруба составляет от 50 до 100 процентов.
  2. Воздушно-сухая. Древесина высушенная естественным путем на воздухе. Влажность такой древесины сопоставима с влажностью воздуха в регионе где она высушивалась и может составлять в среднем 15-20%.
  3. Комнатно-сухая. Древесина высушенная в отапливаемом помещении, абсолютная влажность такого материала составляет 10-14%; также можно отметить мокрую древесину, получается в процессе долгого нахождения в воде, абсолютная влажность такой древесины до 200 и выше процентов.

Виды воды, находящиеся в древесине также различают, она бывает гигроскопическая и капиллярная. Из этих видов и складывается уровень влажности материала. Гигроскопичная влага находиться в стенках клеток, капиллярная в свою очередь непосредственно в самих клетках. Свободная, или капиллярная вода из древесины удаляется в разы меньше, также менее влияет на свойства материала.

Насыщение влагой древесины на начальном уровне проводиться с помощью гигроскопичной воды и только после полноценного наполнения стенок клеток начинается заполнение непосредственно самих клеток. По этой причине именно изменение связанной(гигроскопической) влаги служит причиной замедления, остановки или ускорения процессов коробления, усушки, изменения свойств прочности и упругости. В тот момент как изменение уровня свободной влаги практически ни оказывает влияние на какие-либо свойства и процессы.

Водопоглощение – уникальная способность древесины впитывать в себя воду при длительном нахождении с ней в непосредственном контакте. Поскольку дерево является природным материалом, оно очень восприимчиво к изменениям микроклимата. Основным свойством, которое представляет возможность адаптироваться к различным климатическим условиям – это гигроскопичность, т.е. способность материала изменять уровень влажности, адаптируя его, под уровень окружающей среды.

Древесина имеет так называемое свойство «дышать», то есть выделяет или поглощает поры воздуха при изменении микроклимата окружающей ее среды. Эти процессы проходят благодаря клеточным стенкам. Также следует отметить, что при постоянном, неизменном микроклимате, материал будет постепенно стремиться к постоянному уровню влажности, который именуют устойчивый или равновесный.

Гигроскопичность – свойство древесины адаптироваться, т.е. изменять уровень своей влажности, соответствуя изменению влажности окружающей ее среды. В большинства пород древесины показатель гигроскопичности равен 30% при температурном режиме 20 градусов Цельсия.

Как уже было сказано ранее влага в древесине делиться на два типа: связанная и свободная. Именно количество связанной влажности обозначает уровень гигроскопичности, а максимальное ее количество предел гигроскопичности. Этот предел может колебаться в зависимости от температурного режима, при 20оС он составляет 30%, при изменении температуры связанная влага переходит в свободную и наоборот.

Уровень влажности материала понижаться путем сушки. Также в древесине может присутствовать химически связанная влага, обычно это вещества которые входят в состав материала, их можно устранить путем химической переработки.

Предел гигроскопичности не отличается в зависимости от породы древесины. В большинстве случаев он составляет 30% от массы древесины(при температуре 20 градусов Цельсия), это своеобразная точка насыщения. Остальное насыщение древесины водой происходит за счет свободной влаги.

При изменении уровня влажности, в зависимости от характера изменения древесина может усыхать, при уменьшении уровня влаги, или набухать, при его увеличении.

В большинстве случаев, видимое изменение размеров наблюдается по поперечному сечению, реже оно заметно по продольному. Говоря о плотной древесине, модно отметить ее больший вес и соответственно больший уровень разбухания или усушки.

В полости клеток древесины содержится свободная влага, в стенках клеток связанная соответственно. Стандартный предел насыщения древесины равен 30%, и при уменьшении уровня влаги соответственно происходит усыхание материала.

Если предел насыщения у всех пород практически одинаковый, то способность впитывать влагу зависит непосредственно от индивидуального строения материала, а соответственно от породы. Одними из наиболее гигроскопичных пород можно отметить бук, кемпас и грушу. Они максимально быстро реагируют на изменения микроклимата и сразу же начинают изменяться сами.

Также имеются и стабильные виды пород, которые практически не поддаются изменениям (если не происходит глобального изменения в температурном и влажностном режиме), такие как дуб, мербау и так далее. К их ряду также можно отнести и древесину бамбука, который имеет высокий уровень устойчивости к изменению климатических условий и неблагоприятному воздействию окружающей среды, это один из немногих видов, который можно даже положить на пол ванной комнаты.

Уровень влажности у каждой из пород также отличается. Древесина низкой влажности до 15% (клен, береза) имеет склонность к быстрому высыханию и в дальнейшем растрескиванию. Материал умеренной влажности, до 20%(орех, дуб), высыхает медленнее и обладает большей устойчивостью к образованию трещин. Беря во внимание материал высокой влажности, до 30% (например, ольха) можно сказать, что он обладает большой устойчивостью к высыханию, и соответственно образованию трещин на поверхности.

Для определения физико-механических свойств пород древесины ее испытывают, доводя до нормализованной влажность, в среднем это значение достигает 12%, путем кондиционирования при температуре 18-22 градуса и влажности воздуха 60-70%.

Определение влажности древесины

Для определения уровня влажности материала можно выделить несколько способов.

  1. В бытовых условиях это делается при помощи специального прибора – электровлагомера. Прибор определяет влажность исходя из показаний изменения электропроводности древесины. От прибора проводятся иглы с диодами, и вводятся в дерево, после чего через них проводят электрический ток, исходя из данных проводимости, прибор показывает уровень влажности в месте, где введена игла.
  2. Также зная физические свойства материала, вид древесины, его плотность и т. д., можно определить этот показатель по массе, короблению и прочим признакам.
  3. Беря во внимание цвет коры, можно определить свежесрубленную или спелую древесину, а также уровень ее влажности.
  4. Если не нужен точный показатель влажности, то можно определить по стружке, если она сминается, значит, материал влажный, если же она ломается или крошиться, значит материал достаточно сухой
  5. Древесина с повышенным уровнем влаги достаточно хорошо режется, а на месте где проводилась разрезка остаются влажные следы.

 

Влажность пиломатериалов определяют по следующей формуле:

Где mс и m0 это масса исходного и высушенного материала соответственно.

Т.е. фактически этот показатель определяется или путем взвешивания или с помощью специального прибора.

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

Сушка древесины

 

Сушка древесины предусматривает собой процесс удаления влаги из материала до определенного значения.

Блеск древесины – свойство материала отражать попадающие на него солнечные лучи. Зависит от от породы древесины, степени ее гладкости и показателей самого освещения. Высоким уровнем обладания данным свойством отличаются породы большую часть поверхности которой образуют сердцевидные лучи. Является он декоративным свойством и учитывается при определении породы дерева.

Диэлектрическое свойство древесины – способность, которая характеризует диэлектрическую проницаемость материала.

Коэффициент разбухания – это значение среднего разбухания материала при увеличении уровня влажности на один процент.

Коэффициент усыхания – значение среднего усыхания при уменьшении уровня влажности на один процент.

Коробление – свойство древесины видоизменяться, то есть терять свои размеры и форму под воздействием окружающей среды.

Коробление бывает продольно и поперечное. Поперечное зависит от разбухания и усушки относительно радиального и тангенциального направления, обуславливается оно несколькими факторами:

  1. Расположение годичных слоев
  2. Место выпиловки
  3. Форма поперечного сечения

Продольное же зависит от наличия пороков древесины: наклоны волокон, сучки и т.д.

Также покоробленность различного типа возникает при нарушении равновесия напряжений в материале при дальнейшей обработке(фрезеровке, делении на более тонки доски и т.д.)

Продольная покоробленность чаще всего происходит при механическом изменении формы сечения материалов, которые вырезаны с разных участков дерева, или же при просушке.

Высушенная древесина обладает большим уровнем прочности, менее подвергается короблению, не восприимчива к гниению, достаточно легко склеивается, а также более долговечна, чем мокрая.

Одним из больших недостатков пиломатериала является чуткая реакция на изменения микроклимата окружающей их среды. В связи с чем при повышении влажности она вбирает в себя воду, а при нахождении в сухом помещении наоборот отдает влагу, вследствие чего высыхает и коробиться.

 

Для того чтобы избежать разрушения структуры материала нужно поддерживать постоянную влажность воздуха, для открытой среды это около 18%, для закрытых помещений 10%.

Также существует множество способов сушки древесины. Первый – естественная сушка, или атмосферная. При этом древесина сушиться на открытом пространстве. Складывать ее необходимо в тени, также предусмотреть навес и наличие сквозняка. Высушивать на солнце дерево нельзя, поскольку в таком случае верхняя часть быстро просушивается, в то время как внутренняя остается сырой, что имеет свои минусы. В следствии чего из-за разницы напряжения на поверхность проявляются трещины, ускоряется процесс коробления.

При высушивании бруса или досок их следует складывать штабелями на фундаменте, или любом основании высотой не менее половины метра. Укладываются доски внутренней частью вверх, это уменьшает шанс коробления. При высушивании на кромках конечно процесс будет идти быстрей, но и уровень коробления будет в разы выше.

Также для уменьшения коробления при высушивании мокрого или свежеспиленного пиломатериала рекомендуется обустроить поверх штабеля тяжелый груз. Также торцы бруса следует окрасить масляной краской или другим водоотталкивающим материалом, это позволит избежать их растрескивания. Процесс обработки необходимо начинать сразу после распила.

В случае если материал обладает высоким уровнем влажности торцы предварительно просушивают паяльной лампой, а только после этого обрабатывают. Саму доску полностью очищают от коры, для более быстрого просушивания и предупреждения повреждения насекомыми. Следует отметить, что древесина не очищенная от коры быстро начинает загнивать и подвергается грибковому поражению. Обычно после такого типа сушки влажность материала составляет 12-18%.

Существуют и другие способы просушивания.

  1. Выпаривание. Такой способ использовался еще во времена Руси. Суть процесса в следующем. Материал разрезали на заготовки необходимого размера, после чего помещали в остывавшую печь на несколько часов, при температуре 65-75 градусов. Таким образом и проходило это самое выпаривание. В процессе из материала выводился натуральный сок и он приобретал светло шоколадный окрас, тем самым подчеркивая натуральный узор древесины. Такой материал в последующем легче обрабатывался, а после завершения сушки становился менее подвержен растрескиванию и короблению.
  2. Второй способ – парафинирование. Он заключается в обработке материала парафином и дальнейшей его просушке в печи при температуре 40 градусов в течении нескольких часов, а далее в течении нескольких дней при комнатной температуре, в последствии материал обретал те же свойства, что и при выпаривании.
  3. Запаривание в льняном масле. Предусматривает собой наполнение емкости льняным маслом в которое после опускается заготовка и на медленном огне пропаривается в нем. После такой процедуры древесина приобретает высокий уровень водостойкости и не подвергается растрескиванию.
  4. Линейная сушка – предусматривает уменьшение линейных размеров материала путем удаления связанной воды из стенок клеток, также рассматриваются варианты обратные, разбухание древесины путем повышения процентного содержания воды.

Нормализованная влажность – уровень влажности материала достигаемый при нормативных условиях (влажность 60-70%, температура 18-22 градуса)

  1. Объемная усушка – предусматривает полное удаление из материала связанной воды.

Объемное разбухание – предусматривает повышение уровня связанной воды в стенках клеток до предела.

Относительная влажность – определяется процентным отношением массы влаги к массе материала во влажном состоянии. Поскольку древесина материал гигроскопичный, то он стремиться к равновесной влажности относительно окружающего микроклимата. К примеру, при температуре воздуха 20 градусов и влажности 100%, равновесная этим значениям влажность древесины будет равна 30%.

Следует отметить, что быстрое изменение влажности древесины приведет к короблению или же наоборот сильному набуханию.

Чем более массивный элемент, тем больше внимания следует уделять его сушке, поскольку неравномерное просушивание влечет за собой образование трещин. При эксплуатации деревянных сооружений следует устранить резкие перепады температурного и климатического режима если это представляется возможным.

Относительно каждого из направлений величина усушки отличается. Таким образом, в радиальном она составляет 4-6%, а в тангенциальном 6-12 процентов. Именно вследствие данной неравномерности, в процессе высыхания, происходит небольшое коробление.

Также следует знать то, что при резком перепаде микроклиматических условий в материале возникает внутреннее напряжение, которое приводит к деформации и растрескиванию древесины. Рекомендуемая температура помещения, в котором обустроены деревянные элементы 20 градусов Цельсия, при влажности в 40-60%.

Нормативный уровень влаги для древесины, которая используется в строительных целях, в особенности для производства клееных материалов, 8-15%. Следовательно материал требует обязательной сушки. В свою очередь естественная сушка занимает больше времени, таким способом просушка доски толщиной 5 сантиметров при нормативных условиях (температура 18-22 градуса и влажность 50-60%) занимает 30-40 дней. Искусственная сушка займет в разы меньше времени – 5-6 суток, а при повышенных температурах время просушки сократиться до 3-4 часов.

Влажность материала после просушки обязательно должна соответствовать эксплуатационным нормам для того или иного вида работ.

При длительном высушивании влага из материала испаряется, что может привести к значительно деформации. Сам процесс высушивания длиться до тех пор пока материал не достигнет определенного предела по показателям влаги, предел же зависит от микроклимата в котором проходит сушка. Аналогично проходит и процесс поглощения влаги. Также в некоторых случаях проводиться усушка – то есть изменение размеров путем удаления связанной влаги, при этом если проводиться удаление свободной влаги усушка не происходит.

Как и высыхание, усушка сказывается на линейных размерах не прямо пропорционально, таким образом усушка в тангенциальном направлении составляет до 10%, а в радиальном всего до 3,5%

При непрерывном процессе усушки, влага в древесине снижается до гигроскопичного предела, то есть до 0%. При проведении такой процедуры необходимо тщательно следить за равномерным распределением влаги, в противном случае может образоваться внутреннее напряжение, которое станет причиной деформации, изменения размеров при механической обработке древесины.

Сам процесс конвективной сушке обуславливает неравномерное распределение влаги, что способствует неравномерному высыханию материала, а в дальнейшем и возникновению внутреннего напряжения.