Вологість деревини 2

Все про вологість і сушінні пиломатеріалів

Дерево - матеріал «живий», конструкції з нього дихають і можуть міняти свою вологість. В цьому і полягає його головна відмінність від цегли, бетону, металу ... Така особливість зумовлює наявність деяких проблем при використанні будматеріалів з деревини, особливо це стосується зміни відсотка вологості.

Вологість: поняття вільної та зв'язаної вологи

У деревині основна частина води знаходиться в порожнинах клітин, міжклітинних просторах, в каналах, порожнинах, тріщинах - це вільна волога. Деяка кількість води присутня в товщі клітинних оболонок - пов'язана волога.

Вільна (капілярна) волога в дереві утримується за рахунок простих фізико-механічних зв'язків, вона легко випаровується при звичайній сушінні. Це та вода, яку деревина може вбирати і віддавати. Коли мова заходить про вологості пиломатеріалів, то мається на увазі кількість саме вільної вологи.
Пов'язана (мікрокапілярного) волога утримується в дереві складними фізико-хімічними процесами, видалення її пов'язано з величезними енерговитратами. У природі вона випаровується з деревини в процесі горіння або природного старіння, тобто, коли клітини повністю руйнуються.

Відсоток вологості пиломатеріалів - одна з найважливіших технічних характеристик, що впливають на якість і сферу застосування виробів. Крім того показник вологості може переводити дошку або брус в один з п'яти сортів. Так, в ГОСТ 8486-86 говориться, що до відбірних і першому-третьому сортів відносяться пиломатеріали вологістю до 22 відсотків (сухі) або від 22% (сирі, оброблені антисептиком), і тільки 4-ий сорт не нормується за цим показником.

Виділяють абсолютну і відносну вологість. У будівельній практиці звертають увагу в основному тільки на абсолютну, яка визначається як співвідношення маси міститься в дереві вологи до маси сухої деревини.
Прийнято виділяти кілька видів вологості:

мокра деревина (сплавна) - 100 і більше відсотків;
свіжий розпил - від 50 до ста відсотків;
повітряно-суха - до 20 відсотків;
кімнатний-суха - 7-10 відсотків;
абсолютно суха - 0 відсотків.

Виділяють також поняття «напівсухі» пиломатеріали, вироби з деревини «транспортної вологості» - близько 22%.

Для чого потрібно знати відсоток вологості пиломатеріалів

Вологість дерева - величина нестабільна. Деревина гігроскопічна, вона завжди прагне увійти з навколишнім середовищем в рівновагу. Влагообмен відбувається постійно, при підвищенні вологості повітря пиломатеріали вбирають в себе воду з нього, а при зниженні - віддають. Ця взаємодія викликає ряд процесів щодо зміни структури і форми матеріалу, таких як:

При усушку пиломатеріали зменшуються в об'ємі внаслідок випаровування вологи з деревини. Причому обсяг зменшується прямо пропорційно зниженню вологості. Всихає дерево в різних напрямках неоднаково, найменше уздовж волокон (на 0,1-0,3%), в радіальному напрямку - 4-8%, в тангенціальному - 6-10%. Об'ємна усушка в середньому може становити 12-15 відсотків. Щоб після висихання виготовляються пиломатеріали мали потрібні розміри, при розпилюванні колод, наприклад, на брус або дошку, роблять припуски. При цьому враховують, що усушка залежить від щільності деревини - чим вище вона, тим більше всихає. До речі, різні породи по-різному реагують на зміну вологісного режиму, виділяють серед них більш-менш стійкі, а деякі характеризуються теслями і столярами як «нервові».

Розбухання - збільшення дерев'яних виробів в обсязі, тобто процес, протилежний усушку. Відбувається він, коли дерево експлуатується в умовах підвищеної вологості. Збільшення обсягу саме по собі не впливає на міцність деревини як такої, проте може привести до порушення форми / цілісності зібраних з неї конструкцій.

Властивість деревини розбухати і всихають при кардинальній зміні вологості вважається негативним. Однак, в деяких випадках, наприклад, розбухання буває корисним - воно забезпечує герметичність з'єднання деталей, припустимо, при виготовленні дерев'яних човнів, бочок і т.п.

Вуличні дерев'яні конструкції процесам розбухання і усихання піддаються періодично, зі зміною пір року. Тому вони особливо схильні до таких процесів як розтріскування і викривлення, які є результатами мінливою вологості.

При усушку може утворюватися нерівномірність розподілу води в шарах дерева, в результаті чого виникає напруга за різними напрямками, що приводить до утворення тріщин. Внаслідок усушки часто спостерігається викривлення вироби - викривлення. Воно може бути поздовжнім або поперечним, з'являється нерівномірно в різних напрямках. Викривлені пиломатеріали ускладнюють монтаж і можуть втрачати несучі здібності. Навіть виділяють (ГОСТ 2140 81) специфічний видимий порок дошки - «криловатості», тобто гвинтовий поздовжній вигин.

Сирі пиломатеріали коштують дешевше, так як на їх сушку були витрачені кошти, і у них є ряд істотних недоліків:

більшою мірою схильні до зараження паразитичними грибками, для яких підвищена вологість є ідеальним середовищем існування;
більше страждають від усушки, як наслідок - тріскаються і коробляться;
погано піддаються обробці (стругання, шліфування);
характеризуються зниженими теплоізоляційними властивостями, так як «зайва» вода виштовхує повітря, який виступає основним утеплювачем.

Вибираємо пиломатеріал за відсотком вологості

Пиломатеріал певної вологості призначається для певних цілей. Використовувати дошку / брус вологістю 20-30 відсотків допускається для будівництва будь-яких вуличних споруд - паркани, альтанки, навіси, огорожі для тварин тощо. Крім того брус і дошка природної вологості підійде для облаштування деяких конструкційних елементів при зведенні будинків і ремонтних роботах. Наприклад, для облаштування кроквяної системи або лаг під підлогове покриття. В даному випадку надійність кріплення не дозволить при висиханні з'явитися тріщин і викривлення. А для захисту від грибка вироби обробляються спеціальними антисептичними складами.

З сухого пиломатеріалу (кімнатний-суха вологість на рівні 7-10 відсотків) виготовляють струганий дрібну і велику погонаж (вагонка, блок-хаус, плінтуси, куточки, переведення в готівку) зовнішні і внутрішні дверні полотна, віконні фрамуги і рами, паркет, меблі.

Існує у деревообробників таке поняття, як «транспортна вологість». Її показник не повинен бути більше 20-22 відсотків. Якщо вологість пиломатеріалів вище, то перевозити їх на великі відстані не припустимо, оскільки транспортування займе багато часу, протягом якого можливе загнивання деревини.

Абсолютно суха деревина з показником 0 відсотків на практиці не зустрічається. Це поняття застосовується лише при використанні одного з методів визначення вологості - вагового.

Основні методи визначення вологості

Для з'ясування вологості пиломатеріалів користуються сьогодні двома основними способами - ваговим і з використанням вологоміра.

Вологість визначають наступним чином - з бруса або дошки випилюють невеликий зразок (контрольну пробу) шириною 20-25 мм. Дуже важливо брати його не з самого краю, а з середини, так як торцеві частини вологість завжди мають меншу. Зразок очищають від тирси і зважують на технічних вагах, здатних давати надточні показники (до однієї сотої грама). Отриманий вага записують - це буде початкова маса проби (НМП).

Далі зразок висушують в спеціальному сушильній шафі при 100-105 градусах. Через п'ять годин його дістають і зважують, фіксуючи вага, знову сушать, перевіряючи показники через кожні 1-2 години. Коли вага перестає змінюватися, виходить абсолютно суха деревина - записується кінцева маса проби (КМП). Далі вологість пиломатеріалів визначають так: різницю між НМП і КМП ділять на показник КМП, отриману цифру множать на 100 - отримують початковий показник вологості.

Основний плюс методу полягає в тому, що він дає дуже точні показники (похибка не більше 1 відсотка). мінуси:

аналіз може сильно затягнутися за часом;
буде потрібно вирізати зразок матеріалу, що є неприйнятним для готових виробів.

Вологомір - спеціально сконструйований для вимірювання вологості електроприлад. Існує два його різновиди:

контактний (голчастий) - робота заснована на кондуктометричну методі;
безконтактний - робота заснована на діелькометричні методі.

Голчастий вологомір має дві гострі металеві голки, які занурюються в деревину. Потім натискають кнопку, замикаючи ланцюг. Прилад при цьому вимірює електричний опір, яке змінюється в залежності від рівня вологи в матеріалі. Далі за спеціальною формулою, закладеною в пам'ять влагомера, обчислюється відсоток вологості. Вимірювання в даному випадку проводяться локально, тому процедуру для отримання точних результатів необхідно проводити в декількох місцях вироби.

Основним робочим елементом безконтактного вологоміра є генератор радіочастот. Вимірювання проводяться за допомогою вмонтованих контактних майданчиків, тому, на відміну від голчастою моделі, прилад не залишає слідів виробі. Робота заснована на вимірі діелектричної проникності деревини - вода сама по собі характеризується високою діелектричної проникністю, що дає можливість отримати точні показники відсотка вологості матеріалу.

Основними плюсами використання вологомірів є зручність застосування і можливість швидко отримати результат. Безконтактні прилади, крім того, прекрасно підходять для вимірювання вологості готових виробів. Головний мінус - показники вологомірів бувають не надто точними, похибка може становити від 2 до 7 відсотків.

Основні методи сушіння пиломатеріалів

Сушіння деревини - найважливіша операція, спрямована на поліпшення її технологічних і споживчих властивостей. Навіть якщо трапилося перезволоження вироби, то колишній сухим пиломатеріал набагато рідше коробиться і розтріскується, легше обробляється і монтується. Сухе дерево відмінно протистоїть зараженню шкідливими грибками. Вага виробів виходить менше, при цьому міцність і твердість підвищуються, також помітно покращуються теплоізоляційні якості.

Сьогодні в деревообробної промисловості використовують два основних способи сушіння - природний (атмосферне) і примусовий (камерний).

При атмосферної сушки пиломатеріали укладають в штабелі під навісом на відкритому повітрі. При формуванні штабеля між рядами дощок, брусів і т.п. кладуть прокладки. Штабеля встановлюють з прорізами для циркуляції повітря. Торці виробів, щоб уникнути появи тріщин, обробляють спеціальними складами. Крім того, пиломатеріали з листяних порід перед укладанням в штабеля повинні бути обов'язково піддані антисептуванню.

Агентом сушіння в даному випадку виступає повітря, хоча, на відміну від примусового способу, управляти його параметрами (температура, вологість) не виходить. Все залежить від погоди і пори року. Важливим моментом є, наскільки щільно укладені штабелі. Чим щільніше, тим вище в них відносна вологість і нижче температура, а значить, просихати деревина буде повільніше.

Атмосферна сушка дозволяє отримати на виході вироби з вологістю 18-20 відсотків. Швидкість процесу буде залежати від початкової вологості дерева, пори року, породи деревини і перетину пиломатеріалів.

Основним плюсом є відносна дешевизна процесу. Не потрібно спеціального устаткування і витрат на підігрів повітря. Крім того, залишкові напруги при усушку будуть не такими сильними, тріщин утворювати не буде - це особливо актуально при сушінні деревини з самого початку високою вологістю.

Мінус - сохнуть пиломатеріали довго, контролювати температуру і вологість неможливо. При тривалому підвищенні вологості навколишнього повітря з'являється небезпека грибкового зараження.

Найбільш технологічний високоефективний метод, що дозволяє отримати деревину з вологістю 7-12 відсотків за короткий проміжок часу. Суть його полягає в тому, що особливим чином сформовані штабеля з пиломатеріалів поміщають в спеціальні камери, в яких протягом певного часу підтримується необхідний температурний і вологості режим. Агентом сушіння може виступати пар, нагріте повітря або топкові гази, рух їх може бути як природне, так і примусове.

Основним плюсом є швидкість отримання пиломатеріалів необхідної вологості. Крім того, є можливість чітко контролювати процес. Для кожної породи деревини і в залежності від початкової вологості вибирається найвигідніший режим сушки. Гарячий пар або газ вбиває паразитичні грибки і личинки шкідливих для деревини комах. Недолік у примусової сушки один - великі витрати на обладнання і нагрівання агента.

Варіантом камерної сушки можна вважати вакуумні установки, де дерево гріють струмом при зниженому тиску. Є ще кілька методів, щоб видалити воду з пиломатеріалів до необхідного відсотка, але застосовують їх дуже нечасто.