Особенности влажности древесины

Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель — влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины.

Для практических целей обычно используют показатель абсолютной влажности, определяемый как отношение массы воды, находящейся в древесине образца к массе древесины того же образца в абсолютно сухом состоянии.

Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную и свободную.

Связанная вода находится в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах.

Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение ее содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическими связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

Существуют два очень важных показателя для оценки влажностного состояния древесины.

Предел насыщения клеточных стенок характеризует такое состояние свежесрубленной или выдержанной в воде древесины, когда ее клеточные стенки содержат максимальное количество связанной воды, а в полостях клеток находится свободная вода.Этот показатель зависит от плотности и в среднем соответствует влажности 30%.

В полостях клеток при этом свободной воды нет. Пределу гигроскопичности при комнатной температуре в среднем для всех пород также соответствует влажность 30%. Однако при повышенной температуре этот показатель снижается.

При испытаниях с целью определения показателей физико-механических свойств древесины ее кондиционируют, приводя к нормализованной влажности. В справочной литературе, если нет особых примечаний, эти показатели даются при нормализованной влажности, равной 12%.

Уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении из нее связанной воды называется усушкой. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объема древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка. Следовательно, породы с более плотной древесиной усыхают больше.

Под полной, или максимальной, усушкой понимают уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении всего количества связанной воды.

Полная линейная усушка древесины наиболее распространенных отечественных пород в тангенциальном направлении составляет 6–10%, в радиальном 3–5%, а вдоль волокон 0,1–0,3%. Полная объемная усушка находится в пределах 12–15%. На практике часто приходится определять частичную усушку при высыхании древесины до какой-то заданной конечной влажности. В таблице 2.4 представлены средние значения коэффициентов усушки и разбухания древесины некоторых пород.

Внутренние напряжения возникают в древесине без участия внешних нагрузок. Они образуются в результате неодинаковых изменений объема тела при сушке — сушильные напряжения, пропитке и в процессе роста дерева.

Влажностные напряжения вызваны неоднородной усушкой материала. В поверхностных зонах доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски — сжимающие.

Знаки влажностных и остаточных напряжений противоположны, и результирующие полные напряжения представляют собой алгебраическую сумму. В первом периоде сушки влажностные напряжения больше остаточных, и полные напряжения проявляются как растягивающие у поверхности и как сжимающие — внутри. Во втором периоде остаточные напряжения превышают влажностные, и результирующие напряжения меняют знак.

Изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке и неправильном хранении называется короблением. Чаще всего коробление происходит из-за различия усушки по разным структурным направлениям.

Различают поперечную и продольную покоробленность. Форма поперечного сечения покоробленных досок показана на рис. 2.3А.

Продольная покоробленность бывает: по кромке, по пласти и крыловатость (рис. 2.3Б). Последняя появляется у древесины с наклоном волокон.

Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

Влагопоглощение практически не зависит от породы. Способность к поглощению влаги является отрицательным свойством древесины. Сухая древесина, помещенная в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает ее физико-механические характеристики, снижает биостойкость и т.д. Чтобы защитить древесину от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают различными лакокрасочными и пленочными материалами.

Увеличение линейных размеров и объема древесины при повышении в ней содержания связанной воды называется разбуханием. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это свойство — обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям (табл. 2.6).

Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперек волокон, а наименьшее — вдоль волокон.

Разбухание — отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах и т.д.).

Способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой называется водопоглощением. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды (предел насыщения клеточных стенок) и наибольшего количества свободной воды.

Очевидно, что количество свободной воды зависит от объема полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости имеет значение в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке ее растворами антисептиков и антипиренов, при сплаве лесоматериалов и в других случаях.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперек волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных. Заболонь имеет большую водопроницаемость, чем содержащее экстрактивные вещества ядро, которое у некоторых пород вообще не пропускает воду.