Влажность сосны. Определение влажности и сушка 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.

Выделяют два понятия - относительную влажность древесины и абсолютную 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:

Мокрая древесина. Ее влажность составляет более 100%. Это возможно только при условии, что древесина долгое время находилась в воде.

Свежесрубленная. Ее влажность составляет от 50 до 100%.

Воздушно-сухая. Такая древесина обычно долгое время хранится на воздухе. Ее влажность может составлять 15-20%, в зависимости от климатических условий и времени года.

Комнатно-сухая древесина. Ее влажность обычно равна 8-10%.

Абсолютно сухая. Ее влажность равна 0%.

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:

свежесрубленная древесина с абсолютной влажностью в среднем от 50 до 100% в зависимости от времени рубки (содержание воды значительно выше весной и меньше всего в зимний период), а также древесной породы и условий произрастания;

воздушно-сухая древесина - это древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха; абсолютная влажность такой древесины зависит от относительной влажности воздуха и обычно составляет 16…21%;
комнатно-сухая древесина - древесина, выдержанная в отапливаемом помещении и имеющая абсолютную влажность 9…13%; мокрая древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100% (до 200% и более).

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.

В древесине влага содержится в клетках древесины, в межклеточном пространстве, в каналах сосудов и она называется свободной влагой . Влага, содержащаяся в клеточных оболочках называется гигроскопической (связанной) влагой.

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 <= (65±5)%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ

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

W = (m с — m о) / m с,

где m с и m о 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.

Б леск 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.

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.

Если дерево отличается повышенной влажностью, то торец просушивают пламенем паяльной лампы, а уж потом закрашивают. Стволы (кряжи) обязательно окоряют (очищают от коры), только у торцов оставляют небольшие пояски-муфты шириной 20-25см для предупреждения растрескивания. Кору очищают для того, чтобы дерево быстрее просыхало и не поражалось жуками. Ствол, оставленный в коре, в относительном тепле с повышенной влажностью быстро загнивает, поражается грибковыми заболеваниями. После атмосферной сушки при теплой погоде влажность древесины составляет 12-18%.

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.

Дерево - материал «живой», конструкции из него дышат и могут менять свою влажность. В этом и заключается его главное отличие от кирпича, бетона, металла… Такая особенность обуславливает наличие некоторых проблем при использовании стройматериалов из древесины, особенно это касается изменения процента влажности.

Влажность: понятие свободной и связанной влаги

В древесине основная часть воды находится в полостях клеток, межклеточных пространствах, в каналах, пустотах, трещинах - это свободная влага. Некоторое количество воды присутствует в толще клеточных оболочек - связанная влага.

Свободная (капиллярная) влага в дереве удерживается за счет простых физико-механических связей, она легко испаряется при обычной сушке. Это та вода, которую древесина может впитывать и отдавать. Когда речь заходит о влажности пиломатериалов, то имеется в виду количество именно свободной влаги.
Связанная (микрокапиллярная) влага удерживается в дереве сложными физико-химическими процессами, удаление ее связано с огромными энергозатратами. В природе она испаряется из древесины в процессе горения или естественного старения, то есть, когда клетки полностью разрушаются.

Процент влажности пиломатериалов - одна из важнейших технических характеристик, влияющих на качество и сферу применения изделий. Кроме того показатель влажности может переводить доску или брус в один из пяти сортов. Так, в ГОСТ 8486-86 говорится, что к отборным и первому-третьему сортам относятся пиломатериалы влажностью до 22 процентов (сухие) или от 22% (сырые, обработанные антисептиком), и только 4-ый сорт не нормируется по этому показателю.

Выделяют абсолютную и относительную влажность. В строительной практике обращают внимание в основном только на абсолютную, которая определяется как соотношение массы содержащейся в дереве влаги к массе сухой древесины.
Принято выделять несколько видов влажности:

мокрая древесина (сплавная) - 100 и более процентов;
свежепиленная - от 50 до ста процентов;
воздушно-сухая - до 20 процентов;
комнатно-сухая - 7-10 процентов;
абсолютно сухая - 0 процентов.

Выделяют также понятия «полусухие» пиломатериалы, изделия из древесины «транспортной влажности» - около 22%.

Для чего нужно знать процент влажности пиломатериалов

Влажность дерева - величина нестабильная. Древесина гигроскопична, она всегда стремится войти с окружающей средой в равновесие. Влагообмен происходит постоянно, при повышении влажности воздуха пиломатериалы впитывают в себя воду из него, а при понижении - отдают. Это взаимодействие вызывает ряд процессов по изменению структуры и формы материала, таких как:

разбухание;
усушка;
коробление;
растрескивание.

При усушке пиломатериалы уменьшаются в объеме вследствие испарения влаги из древесины. Причем объем уменьшается прямо пропорционально снижению влажности. Усыхает дерево в разных направлениях неодинаково, меньше всего вдоль волокон (на 0,1-0,3%), в радиальном направлении - 4-8%, в тангенциальном - 6-10%. Объемная усушка в среднем может составлять 12-15 процентов. Чтобы после высыхания изготавливаемые пиломатериалы имели нужные размеры, при распиловке бревен, например, на брус или доску, делают припуски. При этом учитывают, что усушка зависит от плотности древесины - чем выше она, тем больше усыхает. Кстати, разные породы по-разному реагируют на изменение влажностного режима, выделяют среди них более-менее стойкие, а некоторые характеризуются плотниками и столярами как «нервные».

Разбухание -- увеличение деревянных изделий в объеме, то есть процесс, противоположный усушке. Происходит он, когда дерево эксплуатируется в условиях повышенной влажности. Увеличение объема само по себе не влияет на прочность древесины как таковой, однако может привести к нарушению формы/целостности собранных из нее конструкций.

Свойство древесины разбухать и усыхаться при кардинальном изменении влажности считается негативным. Однако, в некоторых случаях, например, разбухание бывает полезным - оно обеспечивает герметичность соединения деталей, допустим, при изготовлении деревянных лодок, бочек и т.п.

Уличные деревянные конструкции процессам разбухания и усушки подвергаются периодически, со сменой времен года. Поэтому они особо подвержены таким процессам как растрескивание и коробление, являющимися результатами постоянно меняющейся влажности.

При усушке может образовываться неравномерность распределения воды в слоях дерева, в результате чего возникает напряжение по разным направлениям, приводящее к образованию трещин. Вследствие усушки часто наблюдается искривление изделия - коробление. Оно может быть продольным или поперечным, появляется неравномерно в разных направлениях. Искривлённые пиломатериалы осложняют монтаж и могут терять несущие способности. Даже выделяют (ГОСТ 2140 81) специфический видимый порок доски - «крыловатость», то есть винтовой продольный изгиб.

Выбираем пиломатериал по проценту влажности

Пиломатериал определенной влажности предназначается для определенных целей. Использовать доску/брус влажностью 20-30 процентов допускается для строительства любых уличных сооружений - заборы, беседки, навесы, ограждения для животных и тому подобное. Кроме того брус и доска естественной влажности подойдет для обустройства некоторых конструкционных элементов при возведении домов и ремонтных работах. Например, для обустройства стропильной системы или лаг под половое покрытие. В данном случае надежность крепления не позволит при высыхании появиться трещинам и короблению. А для защиты от грибка изделия обрабатываются специальными антисептическими составами.

Из сухого пиломатериала (комнатно-сухая влажность на уровне 7-10 процентов) изготавливают строганный мелкий и крупный погонаж (вагонка, блок-хаус, плинтусы, уголки, обналичка) наружные и внутренние дверные полотна, оконные фрамуги и рамы, паркет, мебель.

Существует у деревообработчиков такое понятие, как «транспортная влажность». Ее показатель не должен быть больше 20-22 процентов. Если влажность пиломатериалов выше, то перевозить их на большие расстояния не допустимо, так как транспортировка займет много времени, в течение которого возможно загнивание древесины.

Абсолютно сухая древесина с показателем 0 процентов на практике не встречается. Это понятие применяется лишь при использовании одного из методов определения влажности - весового.

Основные методы определения влажности

Для выяснения влажности пиломатериалов пользуются сегодня двумя основными способами - весовым и с использованием влагомера.

Весовой метод

Влажность определяют следующим образом - из бруса или доски выпиливают небольшой образец (контрольную пробу) шириной 20-25 мм. Очень важно брать его не с самого края, а с середины, так как торцевые части влажность всегда имеют меньшую. Образец очищают от опилок и взвешивают на технических весах, способных давать сверхточные показатели (до одной сотой грамма). Полученный вес записывают - это будет начальная масса пробы (НМП).

Далее образец высушивают в специальном сушильном шкафу при 100-105 градусах. Через пять часов его достают и взвешивают, фиксируя вес, снова сушат, проверяя показатели через каждые 1-2 часа. Когда вес перестает изменяться, получается абсолютно сухая древесина - записывается конечная масса пробы (КМП). Далее влажность пиломатериалов определяют так: разницу между НМП и КМП делят на показатель КМП, полученную цифру умножают на 100 - получают изначальный показатель влажности.

Основной плюс метода заключается в том, что он дает очень точные показатели (погрешность не более 1 процента). Минусы:

анализ может сильно затянуться по времени;
потребуется вырезать образец материала, что неприемлемо для готовых изделий.

Использование влагомера

Влагомер - специально сконструированный для измерения влажности электроприбор. Существует две его разновидности:

контактный (игольчатый) - работа основана на кондуктометрическом методе;
бесконтактный - работа основана на диэлькометрическом методе.

Игольчатый влагомер имеет две острые металлические иглы, которые погружаются в древесину. Затем нажимают кнопку, замыкая цепь. Прибор при этом измеряет электрическое сопротивление, которое изменяется в зависимости от уровня влаги в материале. Далее по специальной формуле, заложенной в память влагомера, вычисляется процент влажности. Измерения в данном случае проводятся локально, поэтому процедуру для получения точных результатов необходимо проводить в нескольких местах изделия.

Основным рабочим элементом бесконтактного влагомера является генератор радиочастот. Измерения проводятся при помощи вмонтированных контактных площадок, поэтому, в отличие от игольчатой модели, прибор не оставляет следов изделии. Работа основана на измерении диэлектрической проницаемости древесины - вода сама по себе характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью, что дает возможность получить точные показатели процента влажности материала.

Основными плюсами использования влагомеров являются удобство применения и возможность быстро получить результат. Бесконтактные приборы, кроме того, прекрасно подходят для измерения влажности готовых изделий. Главный минус - показатели влагомеров бывают не очень точными, погрешность может составлять от 2 до 7 процентов.

Основные методы сушки пиломатериалов

Сушка древесины - важнейшая операция, направленная на улучшение ее технологических и потребительских свойств. Даже если случилось переувлажнение изделия, то бывший сухим пиломатериал гораздо реже коробится и растрескивается, легче обрабатывается и монтируется. Сухое дерево отлично противостоит заражению вредоносными грибками. Вес изделий получается меньше, при этом прочность и твердость повышаются, также заметно улучшаются теплоизоляционные качества.

Сегодня в деревообрабатывающей промышленности используют два основных способа сушки - естественный (атмосферный) и принудительный (камерный).

Естественная сушка

При атмосферной сушке пиломатериалы укладывают в штабеля под навесом на открытом воздухе. При формировании штабеля между рядами досок, брусьев и т.п. кладут прокладки. Штабеля устанавливают с просветами для циркуляции воздуха. Торцы изделий, во избежание появления трещин, обрабатывают специальными составами. Кроме того, пиломатериалы из лиственных пород перед укладкой в штабеля должны быть обязательно подвергнуты антисептированию.

Агентом сушки в данном случае выступает воздух, хотя, в отличие от принудительного способа, управлять его параметрами (температура, влажность) не получается. Все зависит от погоды и времени года. Немаловажным моментом является, насколько плотно уложены штабеля. Чем плотнее, тем выше в них относительная влажность и ниже температура, а значит, просыхать древесина будет медленнее.

Атмосферная сушка позволяет получить на выходе изделия с влажностью 18-20 процентов. Скорость процесса будет зависеть от начальной влажности дерева, времени года, породы древесины и сечения пиломатериалов.

Основным плюсом является относительная дешевизна процесса. Не требуется специального оборудования и затрат на подогрев воздуха. Кроме того, остаточные напряжения при усушке будут не такими сильными, трещин образовывать не будет - это особенно актуально при сушке древесины с изначально высокой влажностью.

Минус - сохнут пиломатериалы долго, контролировать температуру и влажность невозможно. При длительном повышении влажности окружающего воздуха появляется опасность грибкового заражения.

Принудительная сушка

Наиболее технологичный высокоэффективный метод, позволяющий получить древесину с влажностью 7-12 процентов за короткий промежуток времени. Суть его заключается в том, что особым образом сформированные штабеля из пиломатериалов помещают в специальные камеры, в которых на протяжении определенного времени поддерживается необходимый температурный и влажностной режим. Агентом сушки может выступать пар, нагретый воздух либо топочные газы, движение их может быть как естественное, так и принудительное.

Процент влажности древесины имеет большое значение для понимания дальнейшего поведения деревянных изделий в процессе эксплуатации. Древесина — это живой материал, состоящий из клеток, а клетки, как известно, не могут жить без воды. Есть такие понятия, как свободная влага , которая содержится в порах и капиллярах дерева и связанная влага , которая содержится посредственно в клетках дерева. На границе этих понятий находится точка насыщения волокна — это влажность древесины при которой вся свободная влага из дерева удалена, т.е. в полостях древесины воды нет, а вся связанная влага осталась, т.е. клетки насыщены водой. Влажность древесины в точке насыщения составляет от 22 до 35% в зависимости от породы дерева и для практических расчетов принимается равной 28%.

Влажность древесины в точке насыщения волокна — 28%

Важно знать: древесина меняет свои физические размеры при влажности от 0% до точки насыщения. Дальнейшее увлажнение не приводит к существенному росту габаритов. Влажность в точке насыщения волокна выше, чем равновесная влажность. Равновесная влажность устанавливается в древесине естественным путем в процессе эксплуатации в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха, поэтому древесина усыхает.

Для Минска относительная среднегодовая влажность воздуха составляет 78% , осенью-зимой 80-90%, весной-летом 65-75%. Таким образом при сушке древесины естественным путем в ней устанавливается влажность летом 12-15%, зимой 18-20%. Из этого следует, что при эксплуатации изделий из дерева на улице, они меняют свои геометрические размеры в течение года в зависимости от температуры и влажности воздуха. Намокание при дождях может увеличивать влажность древесины намного выше точки насыщения. Стоит также отметить, что при влажности выше точки насыщения и теплой погоде в древесине создаются идеальные условия для развития дерево разрушающих грибов. Пределом биостойкости древесины считают влажность в 22% . Поэтому при эксплуатации на улице в условиях РБ .

Главное правило эксплуатации древесины: Перед монтажом древесина должна иметь ту влажность в которой она будет в дальнейшем эксплуатироваться . Это правило касается также и других материалов — ДПК, ламинат, фанера и т.п. Таким образом до монтажа древесину следует оставить на некоторое время в условиях той среды, в которой она будет эксплуатироваться.

Основные породы древесины используемые в Беларуси в строительстве — это сосна и ель. Объемная усушка этих пород от свежесрубленного до сухого состояния составляет до 15%, изменение размера поперек волокон до 10%. Знать это правило очень важно при монтаже вагонки, имитации бруса, блок-хауса, половой доски, особенно при использовании сырых или очень сухих материалов.

При атмосферной сушке древесины на воздухе большое значение имеет пора года, направление ветра, температурный режим, сечение материала и другие факторы. Следовательно срок достижения равновесной влажности древесины при естественной сушке можно только спрогнозировать. По этим параметрам во времена СССР Беларусь была отнесена к 3-й условной зоне согласно ГОСТ 3808.1-80 и определен следующий срок сушки пиломатериалов естественным путем:

Согласно таблицы в Беларуси естественная сушка возможна только с апреля по сентябрь. Это не так, т.к. усушка происходит даже при 100% относительной влажности воздуха и температуре 0 градусов. Таким образом с октября по март находясь на улице древесина тоже сохнет.

Влажность древесины после автоклавной пропитки

Чтобы понять какую влажность имеет древесина после автоклавной пропитки приведем кое-какие цифры и расчеты.

Свежеспиленая древесина имеет влажность 60-80%
При влажности 100% количество воды в дереве составляет 50% общей массы
Вес 1 м.куб древесины со 100% влажностью условно равен 1 тонне (в т.ч. воды 500кг)
На пропитку поступает древесина с влажностью примерно 25%
При автоклавной обработке 1 м.куб. древесины, она впитывает в себя около 200 л антисептического раствора (условно равно 200 кг)

Расчет влажности древесины после пропитки

Вес воды (В1) в 1 м.куб. сухой древесины с влажностью 25%. В1=25х500/100=125 кг
Вес воды (В2) в 1 м.куб. пропитанной древесины. В2=125+200=325 кг
Влажность древесины после пропитки ВП=325/500*100=65%

Таким образом, после автоклавной пропитки, влажность древесины составляет примерно 65%. Это влажность свежераспиленной древесины. Следовательно сроки естественной сушки до эксплуатационной влажности можно ориентировочно определить из второй таблицы вверху страницы.

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.

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%.

Влажность - одна из основных характеристик древесины. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к сухой массе 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%).

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

Различают две формы воды, находящейся в древесине - связанную и свободную. 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.

По степени влажности древесину различают на следующие виды :

Свежесрубленная. Ее влажность составляет от 50 до 100%.

Комнатно-сухая древесина. Ее влажность обычно равна 8-10%.

Абсолютно сухая. Ее влажность равна 0%.

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.

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. Это благоприятно сказывается не только на качестве и долговечности напольных покрытий и деревянной мебели, но и на здоровье людей. 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.

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. Многие опытные резчики определяют влажность дерева на глаз. 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 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 получить в итоге качественную резьбу вряд ли удасться, так как растрескивания, коробления и др.деформаций не избежать.

СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

Сушка древесины - процесс удаления влаги из древесины до определенного процента влажности.

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. Если дерево отличается повышенной влажностью, то торец просушивают пламенем паяльной лампы, а уж потом закрашивают. Стволы (кряжи) обязательно окоряют (очищают от коры), только у торцов оставляют небольшие пояски-муфты шириной 20-25см для предупреждения растрескивания. Кору очищают для того, чтобы дерево быстрее просыхало и не поражалось жуками. Ствол, оставленный в коре, в относительном тепле с повышенной влажностью быстро загнивает, поражается грибковыми заболеваниями. После атмосферной сушки при теплой погоде влажность древесины составляет 12-18%.

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 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.

Из бревен какой влажности можно создать надежные и теплые деревянные рубленые дома ? Специалисты считают, что для строительства надо выбирать материал только естественной влажности. Почему?

Секреты древнего деревянного домостроения, гласят, что деревянный рубленный дом надо строить из бревен естественной влажности. И это неудивительно, ведь такой материал имеет много преимуществ, которые можно обосновать с точки зрения современных данных. Хотя надо сказать, что долговечность бревенчатых домов, построенных в старину, которые стоят уже несколько веков, сама по себе является доказательством правоты древних мастеров. Но все-таки, почему же естественная влажность древесины так важна?

От свойств строительного материала, в частности сейчас мы говорим о древесине, сильно зависят прочностные характеристики дома. При неравновесной влажности воздуха дерево забирает или отдает влагу, при этом его диаметр меняется. Так, при большой влажности бревна впитывают воду и увеличиваются в объеме, а при сухом воздухе дерево усыхает. Если наблюдается резкое изменение влажности воздуха, внутри бревна возникают напряжения, которые становятся причиной растрескивания и деформации. Чтобы этого избежать необходимо при производстве (на всех его этапах) вести контроль над влажностью пиломатериала.

Различают такие виды пиломатериала:

Мокрая древесина. Ее влажность равна практически ста процентам. Такое получается тогда, когда пиломатериал долгое время пробыл в воде. Такой материал никогда не используется при строительстве.
Древесина естественной влажности, недавно срубленная. Влажность такого пиломатериала зависит от породы дерева, времени вырубки и составляет от пятидесяти до восьмидесяти процентов.
Воздушно-сухой пиломатериал. Это дерево долго хранилось на улице, влажность его колеблется от пятнадцати до двадцати процентов.
Комнатно-сухой пиломатериал. Это дерево, которое долго хранилось на складе, его влажность - от восьми до десяти процентов.
Полностью сухой пиломатериал. Это дерево после принудительной просушки в специальных камерах, его влажность не более двух процентов.

Специалисты говорят, что если бревна для домового комплекта подвергнуть принудительной просушке или долго хранить в несобранном виде, тогда они могут деформироваться.

Дерево теряет свою влагу до тех пор, пока влажность его не достигнет определенного уровня. Уровень зависит от атмосферных условий. Такой же процесс проходит и при впитывании (сорбции) влаги.

Если полностью сухой пиломатериал вынести на улицу, привезти на стройплощадку, то он начнет впитывать влагу из воздуха, что станет причиной его разбухания или искривления. Практика показала, что дом, срубленный из сухого дерева, не дает равномерной усадки.

В отличие от конструкции из бревен естественной влажности, сруб из принудительно просушенного бревна не уменьшается в размерах (усыхает), а увеличивается (разбухает). В этом случае стены искривляются наружу, могут расходиться венцы и крыша. Убрать полностью последствия этого процесса непросто, дорого и часто нереально. Даже сосна, которая считается прочной породой дерева, теряет свою прочность до шести процентов, тогда как ее ударная вязкость увеличивается в среднем на десять процентов.

Если же домовой комплект срублен из бревен естественной влажности, тогда понижение влажности в дереве происходит постепенно. При этом объем дома уменьшается, под воздействием собственного веса венцы плотно ложатся на свои места. В результате плотного прилегания бревен стены меньше продуваются, а значит и на утепление надо будет потратить меньше сил и финансов.

При возведении конструкций из древесины естественной влажности нельзя делать жесткую фиксацию. Примерно два года идет основная усадка домовой конструкции, которой нельзя мешать. Усадка может составить от трех до семи процентов - размер зависит от породы дерева и условий окружающей среды.

Важно помнить, что усушка и разбухание пиломатериала вдоль и поперек волокон идет с разной скоростью, поэтому все вертикальные элементы дома надо оснастить компенсаторами.

При помощи компенсаторных устройств можно регулировать высоту дома и геометрические пропорции. Для надежности венцы крепятся между собой при помощи нагелей из дерева, которые монтируются в шахматном порядке через полтора метра друг от друга.

Мастера, когда создают деревянные рубленные дома, помнят, что усушка - это неравномерный процесс. Он может идти по-разному снаружи и внутри дома.

Поэтому при производстве домового комплекта делают технологические зазоры, которые препятствуют изначальному плотному прилеганию по пазу, ведь это впоследствии становится причиной появления больших щелей.

Секретов строительства бревенчатых домов много и только опытные мастера могут построить теплый и надежный дом, который простоит несколько веков.