Что называется гигроскопической влагой в древесине

Виды влаги в древесине

В растущем дереве древесина содержит значительное количество воды, необходимой для его жизнедеятельности. В срубленной древесине в зависимости от условий хранения и транспортировки содержание воды может увеличиваться или уменьшаться. При использовании древесины в большинстве случаев воду из нее удаляют с целью улучшения качества материалов и готовых изделий.

Древесина представляет собой гетерокапиллярную систему. В ней существуют капиллярные пространства различных размеров. Пористая структура древесины имеет большое значение для взаимодействия ее с водой.

Капиллярные пространства древесины подразделяют на две группы: капиллярные пространства первого порядка (к ним относятся межклеточные пространства, полости клеток и поры в стенках клеток) и капиллярные пространства второго порядка (пространства между фибриллами, между микрофибриллами и внутри микрофибрилл). Размеры тех и других капиллярных пространств значительно колеблются и меняются с возрастом дерева, содержанием влаги и т.д.

Разделяют два показателя, характеризующие содержание влаги: влажность древесины (относительная влажность) и влагосодержание (абсолютная влажность).

Влажность – это содержание влаги, отнесенное к массе сырой (влажной) древесины и выраженное в процентах. Влагосодержание (абсолютная влажность) – это содержание влаги в процентах по отношению к абсолютно сухой древесине. Абсолютно сухой древесиной условно принято считать древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103 + 2 о С (такая древесина всегда содержит небольшое количество влаги). На практике по влагосодержанию различают следующие виды древесины:

— свежесрубленная древесина – древесина с абсолютной влажностью в среднем 50-100 % в зависимости от времени рубки, а также породы

древесины и условий произрастания;

— воздушно – сухая древесины – древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха и обычно составляет 15-20 %;

— мокрая древесина – древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100 % (до 200 % и более).

Влажность древесины оказывает существенное влияние на физические и механические свойства древесины, а также на процессы механической и химической обработки.

Древесина обладает также способностью поглощать влагу из воздуха за счет гидрофильности её компонентов. Это ее свойство называется – гигроскопичностью.

Вода в древесине может находиться в трех видах – объёмном, физически и химически связанном (рисунок 3.5.).

Рис. 3.5 – Виды влаги в древесине.

1 – Физически-свободная влага; 2 – Химически-связанная влага.

Стандартной принято считать 12%-ю влажность. Понятие стандартной влажности необходимо для обеспечения возможности сравнения результатов испытаний древесины при определении средней плотности, прочности и т.д.

Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды, называют пределом гигроскопической влажности. Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35% (в среднем 30%) от массы сухой древесины.

Водные оболочки гигроскопической влаги, покрывающие поверхность стенок клеток, раздвигают их, снижают силы сцепления между ними. При этом, объём и масса древесины увеличиваются, а прочность снижается. Колебания влажности от 0 до предела гигроскопичности вызывают влажностные деформации: разбухание или усушку древесины. Существование капиллярных пространств делает возможным набухание древесных и целлюлозных волокон.

Объёмная влага, накапливаясь в полостях клеток и заполняя пустоты, существенно не изменяет расстояние между клетками, и поэтому не влияет на прочность и объем древесины, увеличивая лишь её массу.

Среди промышленных способов сушки наибольшее распространение имеют атмосферная и камерная. При атмосферной сушке пиломатериалов в штабелях на открытом воздухе продолжительность сушки сравнительно велика. Так, время, необходимое для того, чтобы свежевыпиленные сосновые доски толщиной 35-50 мм в климатических условиях северной зоны достигли транспортной влажности (22 %), следующее: при укладке досок для сушки в апреле-мае 43-51 сут., июне-июле 22-43 сут., августе-сентябре 43-51 сут. Тем не менее, этот способ сушки достаточно широко используется, так как он дешевле камерной сушки. При сушке пиломатериалов в сушильных камерах при повышенной температуре интенсивность процесса удаления воды выше. В камерах пиломатериалы можно высушить до более низкой влажности и значительно быстрее. Продолжительность сушки досок толщиной 40 мм от влажности 60 % до 12 % составляет 3-4 сут.

Источник

Гигроскопичность и водопроницаемость древесины

Влажность

Различают следующие ступени влажности древесины:

мокрая – длительное время находившаяся в воде, влажность выше 100%;

свежесрубленная – влажность 50–100%;

воздушно-сухая – долгое время хранившаяся на воздухе, влажность – 15–20% (в зависимости от климатических условий и времени года);

комнатно-сухая – влажность – 8–12%

абсолютно сухая – влажность – 0%.

Гигроскопичностью древесиныназывается свойство поглощать из воздуха пары воды; степень поглощения зависит от температуры воздуха и его относительной влажности. Каждому сочетанию влажности воздуха и его температуры соответствует определенная гигроскопическая влажность древесины данной породы. Так как влажность воздуха непостоянна, то влажность древесины колеблется. Влажная древесина отдает влагу окружающему воздуху, сухая древесина поглощает ее. Изменение влажности древесины в интервале от 0% до точки насыщения волокон вызывает изменение объема древесины, что ведет к ее короблению в строительных конструкциях и может вызывать появление трещин. В целях уменьшения гигроскопичности древесины и предохранения деревянных конструкций от усушки или разбухания разработаны меры ее защиты. Наиболее простым способом уменьшения гигроскопичности древесины является покрытие ее поверхности красками и лаками, дающими водо- и паронепроницаемую пленку, которая механически препятствует прониканию влаги в древесину. Однако подобные покрытия предохраняют древесину лишь на короткое время, особенно при тяжелых условиях эксплуатации и при низком качестве защитных красок и лаков.

Водопроницаемость древесинызависит от породы дерева, первоначальной влажности, характера плоскости разреза (торцовый, радиальный, тангентальный), возраста древесины, ширины годичных слоев и других причин. Водопроницаемость характеризуется количеством воды, профильтровавшейся через поверхность образца в определенный отрезок времени, в г/см2. Как правило, у хвойных пород она значительно меньше, чем у лиственных. Водопроницаемость через торцовую поверхность среза древесины значительно больше, чем через радиальную и тангентальную.

3. Плотность.

Плотность –количество массы древесины, содержащейся в единице объема.

Разные породы древесины имеют разную плотность. Она зависит от количества пустот, толщины стенок волокон и содержания влаги.

Высокая плотность – дуб, береза, лиственница, клен, яблоня, груша примерно от 700 до 900 (кг/м3);

Средняя плотность – конский каштан, орех грецкий, вишня, тиковое дерево, бук от 560-700 (кг/м3);

Низкая плотность – липа, тополь, кедр, вяз, ель, сосна – от 400 до 600 (кг/м3); Древесину с высокой плотностью труднее обрабатывать, но зато такая древесина меньше подвержена изнашиванию.

Поверхностная плотность древесинного вещества для всех пород постоянна и в среднем равна 1,54, но содержание древесинного веще­ства в единице объема различно даже в пределах одной и той же по­роды. Испытания показывают, что при одинаковой влажности древеси­на с большей плотностью обладает и большей прочностью.

Плотность в большой степени зависит от содержания влаги, по­этому сравнивать объемные плотности древесины разных пород следует при одной и той же влажности, равной 15%.

4. Теплопроводность.

Теплопроводностью древесиныназывается ее способность проводить тепло через свою толщину от одной поверхности к другой. Теплопроводность сухой древесины незначительна, что объясняется пористостью ее строения.

Коэффициент теплопроводности для сосны и ели поперек во­локон при линейной плотности 500 кг/м 3 равен 0,12 ккал/ч-м-град.

По сравнению с металлом, железобетоном и кирпичной кладкой теплопроводность дерева меньше соответственно в 40, 10 и 6 раз.

Теплопроводность древесины зависит от влажности, температуры, направления волокон, объемного веса и породы дерева. Коэффициент теплопроводности А, зависит от направления, в котором передается тепло через древесину. Можно считать, что вдоль волокон он примерно в 1,8 раза больше, чем поперек волокон, и в среднем равен 0,15— 0,27 ккал/.ч • ч • град. Зависимость теплопроводности поперек волокон от температуры различна для сухой и влажной древесины; для влажной древесины — степенная, а для сухой — линейная. Это объясняется различием в изменении теплопроводности от температуры воды и воздуха: у воды оно подчинено закону кривой, а у воздуха— закону прямой.

Коэффициент линейного расширения древесины вдоль волокон значительно меньше, чем стали и бетона. В этом отношении деревянные конструкции выгодно отличаются от стальных и бетонных, при устройстве которых необходимы дополнительные мероприятия, например устройство температурных швов для компенсации увеличения размеров конструкции при повышении температуры. В поперечном же направлении коэффициент линейного расширения древесины значительно больше, чем стали и бетона.

5. Электропроводность древесины характеризуется ее сопротивлением прохождению электрического тока. Она зависит от породы, температуры, направления волокон и ее влажности.

6. Звукопроводимость – свойство материала проводить звук с определенной скоростью. В древесине быстрее всего звук распространяется вдоль волокон. Звукопроницаемость древесины в продольном направлении в 16 раз, а в поперечном – в 3–4 раза больше звукопроницаемости воздуха.В древесине сосны вдоль волокон она равна приблизительно 5000, поперек волокон в радиальном направлении — 1450 и в тан-гентальном направлении — 850 м/сек. В среднем, учитывая значения скорости распространения звука в древесине других пород, можно считать, что звукопроводность вдоль волокон относится к звукопроводности в радиальном и тангентальном направлении как 14:5:3. Это отрицательное свойство древесины требует при устройстве деревянных перегородок, потолков и т.д. применения звукоизолирующих материалов. Способность древесины усиливать звук широко используется при изготовлении музыкальных инструментов. Наилучшая древесина для этого – древесина ели, пихты кавказской и сибирского кедра.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Влажность древесины: виды, методы определения

Древесина – это один из самых востребованных материалов, используемых в строительстве, при изготовлении мебели, вагоностроении и многих других отраслях народного хозяйства. Главные преимущества – высокая прочность, экологическая чистота, хорошая обрабатываемость, химическая стойкость. Одним из важных свойств, которое обязательно учитывают, является влажность древесины. Как ее определить и какой она должна быть у разных пород дерева, рассмотрим в этой статье.

Виды влажности

Древесина имеет природное происхождение, поэтому она очень чувствительна к колебаниям температуры воздуха и давления атмосферы. Подчиняясь состоянию окружающей среды, она меняет процент влажности. Специалисты утверждают, что древесина дышит, поглощает или выделяет пары воздуха и это явление называется гигроскопичностью. Принято считать, что самая важная характеристика – это влажность, которая определяет отношение влаги к сухой массе. Она подразделяется на:

Вам будет интересно: Джон Милль: биография, личная жизнь, достижения

Кроме этого, влажность бывает:

Вам будет интересно: Принципиальная схема реверсивного пуска двигателя

Для выполнения строительных работ самая подходящая древесина – транспортная. Материал влажностью около 20% легко обрабатывается, он не коробится и не подвергается грибковым заражениям.

Степень влажности

По степени содержания влаги в древесине ее разделяют на следующие виды:

Знание степени влажности необходимо при практическом использовании древесины.

Что такое естественная влажность?

Дерево – это живой материал, который постоянно растет и дышит. Для его жизнедеятельности необходима вода. Ее содержание зависит от породы, погодных условий и места произрастания дерева. Сразу после рубки или распиле бревна материал обладает влажностью, которую называют естественной. Точных норм для этой величины не существуют. Она изменяется в пределах 27–81%. Древесина с естественной влажностью нередко заражается грибками и бактериями, подвергается гнили. Не рекомендуется сразу после вырубки бревна перевозить на большие расстояния, через несколько дней они приходят в негодность.

Материал с естественной влажностью используют только для строительства малоответственных сооружений. Перед длительной транспортировкой и последующим использованием древесины, срубленные бревна подвергают атмосферной или принудительной сушке. Только после этой процедуры ее можно смело использовать для изготовления различных конструкций.

Особенности содержания влаги в древесине

Всем известно с давних времен, что влажность воздуха оказывает существенное влияние на изделия, изготовленные из дерева. Особенно это заметно при резких перепадах содержания влаги в воздухе. Явление объясняется особенностями содержания воды в древесных породах.

Существует две формы, в которых она находится в материале:

При высыхании древесины в первую очередь происходит испарение свободной влаги и только после нее – связанной. Процесс будет длиться до тех пор, пока вода равномерно не распределится по всему материалу, и не сравняется с относительной влажностью воздуха. Аналогично происходит и при поглощении влаги.

Равновесная влажность дерева

Любая древесина способна поглощать водяные пары и воду и отдавать полученную влагу. В зависимости от содержания влаги и температуры окружающей среды и длительности нахождения древесины на воздухе устанавливается равновесная влажность. Это понятие связано с полным равномерным распределением влаги, когда процесс высыхания дерева прекращается, а процент влажности древесины и окружающей среды становятся равными.

Оказывается, гигроскопическое равновесие климата региона можно определить по равновесной влажности дома, построенного из натурального дерева. Влага, содержащаяся в древесине, как указывалось ранее, состоит из свободной и составляющей. Границей этих понятий является точка насыщения. Это состояние древесины, когда свободная жидкость полностью удалена, а клетки остались насыщенными водой. Независимо от породы дерева влажность в точке насыщения принято считать равной 23–31%.

Какая влажность принята за стандарт?

Для применения пиломатериалов в строительстве необходима сортировка их по степени влажности. Стандартная влажность древесины принимается равной примерно 15% и считается постоянным показателем для любых пород дерева, к которому стремятся все производители древесной продукции. В таком состоянии материал отлично хранится, используется для строительных и отделочных работ. Понятия равновесной и стандартной влажности знакомы любому специалисту, работающему по производству пиломатериалов.

Недостаточно просушенная древесина – это реальная среда для образования плесени и роста грибков, что приводит ее к разрушению. Современное сушильное оборудование позволяет достичь показателя влажности, равного 6%. В этом случае материал будет еще устойчивее к гниению, стойким к деформации и долговечным.

Свойства древесины, связанные с влажностью

Основными деформирующими свойствами древесины, влажность которой изменяется, являются следующие:

Свойство древесины поглощать жидкости используется при пропитке ее антисептиками, варке для получения целлюлозы, сплаве леса.

Удельный вес древесины

Для определения веса древесины используют величину, называемую плотностью или удельным весом. Она вычисляется отношением массы материала к единице объема. Этот параметр очень изменчив и зависит от влажности и породы древесины, поэтому принято использовать его среднее значение. Для вычисления этой величины поступают следующим образом:

Плотность, как правило, рассчитывается при естественной влажности конкретного материала. Измеряется удельный вес любой древесины в кг/м3 и заносится в таблицу.

Определение веса древесины естественной влажности

Вес древесины потребителю необходимо знать для:

Вычислить вес покупаемого вами материала очень легко. Для этого потребуется определить по таблице удельный вес конкретной древесины и умножить на количество кубов приобретенного материала.

Определение степени влажности в бытовых условиях

Определить, сколько воды содержится в древесине можно разными способами. В быту часто используют для замера влажности древесины прибор-электровлагомер. Его действие связано с изменением электропроводности материала от его влажности. В корпус прибора вмонтированы иглы, к которым подводится электрический ток. Для проведения измерения достаточно их вставить в исследуемую древесину и включить его в электрическую сеть. На шкале выводится значение влажности именно в том месте, куда вставлены иглы. Недостаток электровлагомера состоит в том, что он определяет влажность только в конкретном месте. Опытные мастера, долгое время работающие с древесиной, могут определить в ней содержание воды по внешнему виду. Для этого учитывается цвет коры, наличие трещин на торце и вдоль волокон.

Методы измерения влажности

В промышленных условиях, для определения влажности древесины, используют прямой и косвенный метод. К прямому относится весовой способ определения. Для этого из контролируемой партии выбирают определенное количество досок. Из каждой выпиливается образец и взвешивается на весах. Далее его начинают высушивать в духовой печи, продолжая взвешивание через каждые два часа до тех пор, пока показания не станут одинаковыми. Затем, используя все данные, результат вычисляется по специальной формуле. На этот способ требуется очень много времени, около девяти часов, поэтому практикуют редко и берут на вооружение косвенный метод. Для этого используют прибор для измерения влажности древесины, в основе которого лежит замер электропроводности материала. Датчик кондуктометрического устройства – это трехигольчатый зонд. Он втыкается вдоль волокон на всю глубину электродов.

Показания смотрят на шкале миллиампера, который проградуирован в процентах. Для измерения влажности стружек используют разъемный стакан. В него между двумя электродами в виде дисков помещается определенная порция спрессованного материала. Влажность древесностружечных плит определяют четырехигольчатым зондом. Этот метод прост в использовании, дает быстрый результат, но возможны погрешности, особенно при большой влажности материала. Другой прибор для измерения влажности древесины – гигрометр Testo 616. Он позволяет быстро выполнить процедуру измерения содержания воды в древесине без ее разрушения. Глубина измерения составляет 5 см. Данные выводятся на дисплей в процентном отношении веса к сухой массе древесины. Прибор очень удобен для получения данных в динамике, например, при сушке стен или полов.

Заключение

Древесина является натуральным продуктом и очень восприимчива к температурному режиму и влажности. Благодаря гигроскопичности, она постоянно меняет содержание влаги из-за окружающих условий среды. Такой процесс называют дыханием дерева, оно может впитывать воду из воздуха или выделять ее. Подобное явление – это реакция на изменения микроклимата помещения. При неизменном состоянии атмосферы (воздуха) в закрытом помещении влажность древесины принимает постоянное значение, называемое равновесным.

Источник

Что называется гигроскопической влагой в древесине

Установить показатель влажности древесного сырья можно определить при помощи электрического влагомера.

Принцип работы влагомера основан на изменении удельного электрического сопротивления материала зависимо от его влажности. Иглы-электроды этого прибора вводятся в древесину так, чтобы они находились друг против друга. По ним пускается ток, и влагомер показывает количество воды в этом участке дерева. Хорошо повторить замер в нескольких местах.

Влагопроводность

Влагопроводность древесины зависит от направления. Радиальная влагопроводность сосны и особенно ясеня больше тангентальной (по Арциховской); при этом с повышением температуры влагопроводность увеличивается, что имеет весьма большое значение для камерной сушки.

В силу влагопоглощения накопляется связанная влага, что влечет за собой явление, обратное усушке, то есть разбухание, которое подчиняется тем же законам, что и усушка.

Наименьшее разбухание наблюдается вдоль волокон, наибольшее — поперек волокон в тангентальном направлении.

Способность древесины к разбуханию используется при изготовлении бочек, деревянных судов, деревянных труб, при отделке поверхностей (случайные вмятины от ударов могут быть устранены смачиванием и местным нагревом, вследствие чего под влиянием разбухания и увеличения упругости искривленные волокна выпрямляются) и пр.

Способность впитывать капельно-жидкую воду называется водопоглощением.

Предельное количество воды, могущее быть поглощенным при данных условиях, определяется водоемкостью, а скорость поглощения характеризуется водопроводностью.

При погружении древесины в воду вначале заполняются капиллярные пространства (сосуды), причем состояние насыщения наступает через очень длительный промежуток времени. Лиственные породы напитывается влагой быстрее хвойных, причем в первом случае большое значение имеет состояние сосудов (закупорены тиллами или нет).

Большое различие в водоемкости и водопроводности наблюдается между ядром и заболонью: закупорка водопроводяших элементов ядра резко снижает названные свойства.

Водоемкость зависит также от температуры, увеличиваясь с понижением последней (по Dunlap). Форма и размеры сортимента или детали также имеют существенное значение. Поглощение воды происходит главным образом через торцевые поверхности, следовательно водопроводность вдоль волокон (направление движения влаги в растущем дереве) будет наибольшей.

Поперек волокон водопроводность чрезвычайно малая и при достаточной толщине слоя практически не имеет значения. Различие между радиальной и тангентальной водопроводностью нельзя считать установленным, так как произведенные до сего времени исследования дали противоречивые результаты.

Гигроскопичность характеризует способность сухой древесины поглощать из воздуха влагу, находящуюся в нем в виде водяных паров, а также способность влажной древесины легко отдавать влагу более сухому окружающему ее воздуху.

Вследствие гигроскопичности происходят постоянные колебания влажности древесины и связанные с этим изменения веса, размеров и формы материала. Поглощение древесиной влаги из воздуха зависит в первую очередь от температуры и относительной влажности воздуха. Между содержанием влаги в древесине и относительной влажностью воздуха наблюдается вполне определенная зависимость: при изменении влажности воздуха древесина стремится восстановить нарушенное равновесие, испаряя влагу или впитывая ее из окружающего воздуха.

Зная заранее, в каких условиях будет находиться древесина (например, в помещении с определенной влажностью и температурой воздуха), можно определить «равновесную» (устойчивую) влажность материала, пользуясь диаграммой t—ф—W. На этой диаграмме по вертикали отложена относительная влажность воздуха ф, по горизонтали — его температура t; наклонные линии соответствуют влажности древесины W.

Диаграмма зависимости влажности древесины от температуры и относительной влажности воздуха.

Пример: требуется определить влажность древесины, находящейся в помещении, в котором температура воздуха tcp=20° и относительная влажность воздуха tсp =60%. На диаграмме находим соответствующие две прямые и точку их пересечения, расположенную около наклонной линии, соответствующей влажности W=11%.

Так как изменение влажности влечет за собой изменение объема древесины, то необходимо стремиться понизить ее гигроскопичность.
Наиболее простая и часто применяемая мера защиты древесины от влияния меняющейся влажности воздуха — нанесение на ее поверхность защитного слоя (краски, лака и т. п.). Однако в неблагоприятных условиях защитное действие покрытий кратковременно. Поэтому такую обработку через определенные промежутки времени необходимо повторять.

Источник