Влажность плотность и усушка древесины

Влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объёме древесины, к массе сухой древесины, выраженной в процентах. Влага в древесине пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства.

Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной, или гигроскопической.

Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной, или капиллярной.

При высыхании древесины сначала испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. При увлажнении древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения. Дальнейшее увлажнение древесины с заполнением полостей клеток и межклеточных пространств происходит только при непосредственном контакте древесины с водой.

Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Предельное количество влаги зависит от того, как велик объём пустот в древесине, который может быть заполнен водой.

Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится воздух, называется пределом гигроскопичности.

Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (20° С) составляет 30% и практически не зависит от породы.

Различают следующие ступени влажности древесины: Мокрая — длительное время находящаяся 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%

Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь — февраль), минимальное — в летние месяцы (июль — август). Содержание влаги в стволах изменяется в течение суток: утром и вечером влажность деревьев выше, чем днём.

Усушка — это изменение линейных размеров и объёма древесины при высыхании в результате удаления влаги из древесины. Она начинается после полного удаления свободной влаги и с началом удаления связанной влаги.

Усушка древесины по разным направлениям неодинакова. В тангентальном направлении усушка в 1,5 — 2 раза больше, чем в радиальном. Усушка вдоль волокон незначительна. В среднем полная линейная усушка в тангентальном направлении составляет 6-10%, в радиальном направлении — 3-5% и вдоль волокон — 0,1-0,3%.

Уменьшение объёма древесины при испарении связанной влаги называется объёмной усушкой. Неравномерность усушки древесины в различных частях и в разных направлениях приводит к искажению формы материала, то есть к короблению, что вызвано возникновением разнонаправленных напряжений.

Когда неравномерная усушка вызывает напряжение, превышающее прочность древесины в направлении, перпендикулярном волокну, вдоль волокна происходит разделение клеток. Это вызывает растрескивание материала. Трещины наиболее часто проявляют себя на поверхности, а также на торцах досок, но могут образовываться и внутри.

Классическая проблема неравномерного изменения толщины древесины в досках при усушке, как правило, вызвана разницей тангентальной и радиальной усушки. Если один край доски расположен вблизи сердцевины, годовые кольца в нём имеют значительную кривизну и усушка будет происходить, в основном, в радиальном направлении. На противоположном краю волокна расположены, в основном, перпендикулярно поверхности и, стало быть, усушка будет тангентальной.

По величине коэффициента объёмной усушки древесные породы можно разделить на три категории: Малоусыхающие — (коэффициент объёмной усушки не более 0,4%) — ель сибирская и обыкновенная, пихта сибирская, кедры сибирский и корейский, тополь белый. Среднеусыхающие — (коэффициент объёмной усушки от 0,4 до 0,47%) — бук, вяз, дуб, сосна, липа мелкозернистая, ольха чёрная, осина, пихты белокорая, кавказская и маньчжурская, тополь чёрный, ясень. Сильноусыхающие — (коэффициент объёмной усушки 0,47% и более) — берёзы плакучая и белая, граб, лиственницы сибирская и даурская, клён остролистый. Коэффициент объемной усушки считается в % на 1% снижения влажности ниже точки насыщения.

Коэффициенты объемной усушки для некоторых пород древесины

Порода древесины Коэффициенты объемной усушки в радиальном направлении Коэффициенты объемной усушки в тангенциальном направлении Ель 1.16 0.28 Сосна 0.17 0.28 Береза 0.26 0.31 Дуб 0.18 0.27 Ясень 0.18 0.28

Это отношение массы древесины к её объёму. Выражается плотность в кг/м³ или г/см². В древесине имеются пустоты (полости клеток, межклеточные пространства), и если бы спрессовать древесину, чтобы все пустоты исчезли, то получилось бы сплошное древесное вещество.

Плотность древесины из-за пористого строения меньше, чем плотность древесного вещества.

С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность бука при влажности 12% составляет 680 кг/м³, а при влажности 25% — 710 кг/м³.

В пределах годичного слоя плотность древесины различна: плотность поздней древесины в 2-3 раза больше, чем ранней, поэтому, чем лучше развита поздняя древесина, тем выше её плотность.

Величины плотности колеблются в очень широких пределах. Плотность древесины имеет практическое значение. Древесина с высокой плотностью особенно ценится за прочность и хорошую обрабатываемость. Плотность древесины зависит от смолистости древесины, ее возраста, места произрастания. В таблице указаны средние значения плотности древесины при влажности 12%.